(57)【要約】水中浮遊式の水中機器としての海流発電装置（１）のポッド（２）にバラストタンク（１１）と気蓄タンク（３１）を設け、バラストタンク（１１）の排水時には、排水用バルブ（２３）を開弁し、排水ポンプ（２１）を駆動することでバラストタンク（１１）内の水を水路（２０）を通して外部へと排出し、注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク（１１）内の水圧より高い状態で注水用バルブ（２５）を開弁することでポッド（２）の外部から開口部（２４）を通し、水路（２０）を介してバラストタンク（１１）内に水を流入させる。この水中機器によれば、バラストタンク（１１）による浮力の微調整を繰り返し行うことが可能となる。
2014163141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、
前記浮力調整部から排水を行う排水手段と、
予め内部に圧縮気体を蓄えており、前記排水手段による前記浮力調整部からの排水を行う際には内部の圧縮気体を前記浮力調整部に供給し、前記浮力調整部への注水を行う際には供給した気体が内部に戻される気蓄手段と、
を備える水中浮遊式の水中機器。
【請求項２】
前記水中機器が、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、前記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とを備えた水中浮遊式の海流発電装置である請求項１に記載の水中機器。
【請求項３】
前記浮力調整部は、その外部の水圧により注水され、
前記浮力調整部への注水を行う際には、前記水圧により注水された水を介して、前記浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される請求項１に記載の水中機器。
【請求項４】
前記浮力調整部は、前記ポッドの外部の水圧により注水され、
前記浮力調整部への注水を行う際には、前記水圧により注水された水を介して、前記浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される請求項２に記載の水中機器。
【請求項５】
前記排水手段は、前記タービンの回転速度に応じて前記浮力調整部に対する排水を行う請求項２又は４に記載の水中機器。
【請求項６】
伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、
前記管部材から外気を取り込み圧縮して前記気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、を備える請求項１に記載の水中機器。
【請求項７】
伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、
前記管部材から外気を取り込み圧縮して前記気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、を備える請求項２に記載の水中機器。
【請求項８】
複数の前記浮力調整部が左右に配置され、個々の前記浮力調整部に対する前記排水手段及び気蓄手段による注排水により、左右方向における所定の姿勢を保ちつつ浮沈可能である請求項１に記載の水中機器。
【請求項９】
複数の前記ポッドが左右に配置され、各ポッドのそれぞれに前記浮力調整部を備えており、
個々の前記浮力調整部に対する前記排水手段及び気蓄手段による注排水により、複数の前記ポッドの姿勢を水平に保ちつつ浮沈可能であることを特徴とする請求項２又は４に記載の水中機器。
【請求項１０】
前記浮力調整部が、前記浮力調整部に供給される水と、前記気蓄手段から前記浮力調整部に供給される気体とを分離する分離装置を備える請求項１又は２に記載の水中機器。
【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が浮上及び沈降可能な水中浮遊式の海流発電装置等の、水中浮遊式の水中機器に関する。
本願は、２０１３年４月３日に日本に出願された特願２０１３−７７６６０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【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、タービンの回転により発電機を駆動して発電を行う。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、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】日本国特開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、中空コラムへの注排水により、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、この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、ポッドを最適な水深に保つべく、海流の強さやタービンの回転に応じて浮力を微調整する必要がある。【０００６】
従って、例えばポッド内にバラストタンクを設け、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。この場合バラストタンクとともに圧縮空気を蓄えたタンクをポッド内に備え、圧縮空気をバラストタンクに供給しつつ排水を行い、注水時にはバラストタンク内の空気を海中に放出する構成が簡易である。しかしながら、このような構成では、予め蓄えた圧縮空気を全て放出してしまえば、再度注水を行うことはできなくなる。その結果、ポッドの浮力の微調整を繰り返し行うことができず、長期の運用を行うことができない。【０００７】
その他の浮力調整手段としては、ポッドに予め固定バラストを設けておき、浮上の際に固定バラストを投棄することで浮上を行う方法がある。ただし、この方式においても、固定バラストを全て投棄すると再度沈降することは困難となり、浮力調整を繰り返し行うことができない。
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、浮力の微調整を繰り返し行うことのできる、水中浮遊式の水中機器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】
【０００８】
上記した目的を達成するための、本発明に係る第一の態様は、注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、浮力調整部から排水を行う排水手段と、予め内部に圧縮気体を蓄えており、排水手段による浮力調整部からの排水を行う際には内部の圧縮気体を浮力調整部に供給し、浮力調整部への注水を行う際には供給した気体が内部に戻される気蓄手段と、を備える水中浮遊式の水中機器である。
また、本発明に係る第二の態様は、上記第一の態様において、前記水中機器が、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、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とを備えた水中浮遊式の海流発電装置である。【０００９】
また、本発明に係る第三の態様では、上記第一または第二の態様において、浮力調整部は、その外部の水圧により注水され、浮力調整部への注水を行う際には、水圧により注水された水を介して、浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される。
また、本発明に係る第四の態様では、上記第二の態様において、排水手段は、タービンの回転速度に応じて浮力調整部に対する排水を行う。【００１０】
また、本発明に係る第五の態様では、上記第一から第四の態様において、伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、管部材から外気を取り込み圧縮して気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、を備える。
また、本発明に係る第六の態様では、上記第一から第五の態様において、複数の前記浮力調整部が左右に配置され、個々の浮力調整部に対する排水手段及び気蓄手段による注排水により、水中機器が、左右方向における所定の姿勢を保ちつつ浮沈可能である。
例えば、上記第二の態様では、海流発電装置が、複数のポッドが左右に配置され、各ポッドのそれぞれに浮力調整部を備えており、個々の浮力調整部に対する排水手段及び気蓄手段による注排水により、複数のポッドの姿勢を水平に保ちつつ浮沈可能である。【００１１】
また、本発明に係る第七の態様では、上記第一または第二の態様において、前記浮力調整部が、前記浮力調整部に供給される水と、前記気蓄手段から前記浮力調整部に供給される気体とを分離する分離装置を備える。
【発明の効果】
【００１２】
上記手段を用いる本発明では、水中浮遊式の水中機器において、浮力調整部とともに内部に圧縮空気を蓄えた気蓄手段を備え、浮力調整部の排水時には気蓄手段の圧縮空気を浮力調整部に供給し、浮力調整部の注水時には供給した気体を気蓄手段の内部に戻す。
このように、気蓄手段が蓄えていた気体を外部に放出することなく、注排水に応じて浮力調整部に出し入れすることで、気蓄手段の気体の消費を防ぐことができる。
これにより、浮力調整部による浮力の微調整を繰り返し行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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３Ａ】第１実施形態に係る海流発電装置の排水時の状態を示す図である。
【図３Ｂ】第１実施形態に係る海流発電装置の注水時の状態を示す図である。
【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図である。
【図５Ａ】本発明に適用される分離装置の構造の例を示す、バラストタンクの断面の模式図である。
【図５Ｂ】本発明に適用される分離装置の構造の例を示す、バラストタンクの断面の模式図である。
【図５Ｃ】本発明に適用される分離装置の構造の例を示す、バラストタンクの断面の模式図である。
【図６Ａ】本発明に適用される分離装置の構造の例を示す、バラストタンクの断面の模式図である。
【図６Ｂ】本発明に適用される分離装置の構造の例を示す、バラストタンクの断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には、本発明の水中機器の第１実施形態としての、海流発電装置の全体構成が示されている。
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。
【００１５】
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延びる２枚のブレード６、６を備えている。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している。
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、各係留索７は途中で合流して全体としてＹ字状をなし、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、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。
【００１６】
次に図２には、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。
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９を介して接続された発電機１０（発電部）が設けられている。発電機１０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９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。
【００１７】
また、ポッド２内には、ポッド２の浮力を調整するバラストタンク１１（浮力調整部）が設けられている。
バラストタンク１１の下部には水路２０を介して、バラストタンク１１内の水を排水させる排水ポンプ２１（排水手段）が接続されている。また水路２０において、排水ポンプ２１より下流側には、逆止弁２２を介し、排水量を調整する排水用バルブ２３が設けられている。そして、水路２０のさらに下流側にはポッド２の外部に開口する開口部２４が形成されている。一方、水路２０は開口部２４と排水用バルブ２３との間で分岐しており、バラストタンク１１への注水量を調整する注水用バルブ２５と逆止弁２６を介して、バラストタンク１１と排水ポンプ２１との間に接続されている。
【００１８】
また、バラストタンク１１の上部には、空気通路３０を介して気蓄タンク３１（気蓄手段）が接続されている。気蓄タンク３１内には、ポッド２の沈降可能な水深に合わせた水圧まで圧縮された圧縮空気が充填されている。例えばポッド２が水深２００ｍまで沈降可能であれば２０気圧（ゲージ圧力）まで圧縮した空気が気蓄タンク３１に充填される。そして、空気通路３０には空気通路３０内の気体の流通を調整する空気用バルブ３２が設けられている。
【００１９】
このように構成された海流発電装置１は、例えばポッド２が海上にあるときにバラストタンク１１を水で満たし、ポッド２が予め定められた水深まで沈降した際にはバラストタンク１１内の水の一部を排水して浮力を増加させて水深を維持する。
ポッド２は水中内にて海流の方向に対向した姿勢で浮遊する。そして、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１０による発電が行われる。タービン４が回転して海流の下流側への推力が生じることで係留索７が張り、海流が弱ければタービン４の回転速度も低くなるため、ポッド２は浅い水深にて浮遊する。一方、海流が強くなるとタービン４の回転速度が高くなり、推力も増すことから、ポッド２は係留索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、深い水深にて浮遊する。
【００２０】
海流発電装置１では、海流の強さが変化する等してポッド２が予め定めた浮遊位置から移動した場合には、適切な浮遊位置に戻すべくバラストタンク１１内の注排水が行われる。例えば、海流発電装置１は、タービン４の回転速度が、予め定めた浮遊位置にあるときのタービン４の回転速度より増加したときには、ポッド２の沈降を抑えるべくバラストタンク１１の排水を行う。一方、タービン４の回転速度が低下したときには、ポッド２の浮上を抑えるべくバラストタンク１１の注水を行う。このようにタービン４の回転速度に応じてバラストタンク１１の注排水を行うことで、容易にポッド２の浮遊位置を適正な位置に微調整することができる。
【００２１】
また、海流発電装置１は、左右一対のポッド２、２のそれぞれにバラストタンク１１が設けられていることから、各バラストタンク１１の注排水を調整することでポッド２、２の姿勢を制御することが可能である。例えば、左右のポッド２、２の浮力のバランスをつり合わせつつ全体としての浮力を増減させるように各バラストタンク１１内の水を調整することで、左右一対のポッド２、２を水平に保ちつつ浮沈することができる。
【００２２】
ここで図３Ａ及び図３Ｂには、第１実施形態に係る海流発電装置の排水時（図３Ａ）、及び注水時（図３Ｂ）の状態が示されている。以下、同図に基づきバラストタンク１１の注排水について詳しく説明する。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいても一方のポッド２の内部構成のみを示しているが、以下の説明においては、左右一対のポッド２、２の浮力のバランスはつり合っており、他方のポッド２のバラストタンクも同様の動作を行っているものとして説明する。
【００２３】
図３Ａに示すように、バラストタンク１１の排水時には、排水用バルブ２３を開弁し、排水ポンプ２１を駆動することで、バラストタンク１１内の水が水路２０内を通って外部へと排出される。なお、水路２０のうち注水用バルブ２５が設けられている経路には、注水用バルブ２５が閉弁しており且つ逆止弁２６が設けられていることで水は流れない。また、排水と同時に空気用バルブ３２を開弁することで、気蓄タンク３１内の圧縮空気が空気通路３０を通ってバラストタンク１１内に供給され、排水が促される。その結果、バラストタンク１１内の水が減少して浮力が増加し、ポッド２は浮上する。
【００２４】
一方、図３Ｂに示すように、バラストタンク１１の注水時には、ポッド２の外部の水圧がバラストタンク１１内の水圧より高い状態で注水用バルブ２５を開弁することで、ポッド２の外部から開口部２４を通って、海水（水）が水路２０を介してバラストタンク１１内へ流入する。なお、水路２０のうち排水用バルブ２３が設けられている経路には逆止弁２２により水は流れない。また、注水と同時に、空気用バルブ３２を開弁することで、バラストタンク１１内の空気が外部の水圧により押圧され、圧縮された空気が気蓄タンク３１に戻される。その結果、バラストタンク１１内の水が増加して浮力が減少し、ポッド２は沈降する。
【００２５】
このように、水中浮遊式の海流発電装置１では、気蓄タンク３１が蓄えていた空気を外部に放出することなく、空気を注排水に応じてバラストタンク１１に出し入れすることで、気蓄タンク３１の空気の消費を防ぐことができる。これにより、バラストタンク１１の注排水を繰り返し行うことができ、ポッド２の浮遊位置を繰り返し微調整することができる。
【００２６】
また特に、バラストタンク１１の注水においては、ポンプ等を設けることなく、ポッド２の外部の海水圧を利用して注水を行い、且つバラストタンク１１から排出された空気による、気蓄タンク３１への圧縮空気の充填も行うことができる。これにより、部品点数を減らし、コストを低減させることができる。
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図４には、本発明の水中機器の第２実施形態としての、海流発電装置の概略構成が示されている。
なお、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。
【００２７】
図４に示す海流発電装置４０では、上記第１実施形態の海流発電装置１の構成に加えて、各ポッド２それぞれに、テレスコピック機構により伸縮可能な空気管４１（管部材）が設けられている。この空気管４１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。
空気管４１は、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、空気管４１は、根元部において圧縮ポンプ４２（気体圧縮手段）を介して気蓄タンク３１に接続されている。圧縮ポンプ４２は空気管４１を介して取り込んだ海上の空気（外気）を圧縮して気蓄タンク３１内に充填するために設けられている。
【００２８】
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４０は、上記第１実施形態と同様にポッド２の浮遊位置を微調整すべくバラストタンク１１の注排水を行うことができる。しかも、故障等で気蓄タンク３１内の空気がポッド２の外部に放出された場合でも、海上に浮上することなく水中で圧縮空気の補充を行うことができる。
また、空気管４１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４１を収縮させ、ポッド２内に収納することができる。これにより空気管４１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４１と障害物との接触等を防ぐことができる。
【００２９】
このように、第２実施形態における海流発電装置４０は、上記第１実施形態と同様の効果を奏する上、海流発電装置４０をより安全に運用することができる。
【００３０】
一方、本発明では、バラストタンク１１の排水に際し、気蓄タンク３１からバラストタンク１１内に供給される空気により、バラストタンク１１内の水圧に抗して、バラストタンク１１内の水が外部に押し出される。この場合、気蓄タンク３１からバラストタンク１１内に供給される空気が、バラストタンク１１内の水に溶解し、この水とともに外部に排出されることがある。この傾向は、バラストタンク１１内の水圧が高くなるほど顕著となる。また、気蓄タンク３１からバラストタンク１１内に供給される空気が、気泡となってバラストタンク１１内の水とともに外部に排出されることも考えられる。
その結果、バラストタンク１１の排水に伴い、気蓄タンク３１内に蓄えられている空気が減少し、この空気によるバラストタンク１１からの排水に支障を来す可能性がある。
【００３１】
バラストタンク１１内の水と、気蓄タンク３１からバラストタンク１１内に供給される空気との接触を避けることにより、この問題を解決することができる。バラストタンク１１内の水と空気との接触を避ける具体的な例として、例えば図５Ａ〜図５Ｃに示す構造が挙げられる。
図５Ａ〜図５Ｃは、バラストタンク１１の断面を模式的に示している。バラストタンク１１の内部には、ポッド２の外部から水路２０を介してバラストタンク１１内に供給される水と、気蓄タンク３１から空気通路３０を通ってバラストタンク１１内に供給される空気とを分離する分離装置５０、５１、５２がそれぞれ設けられている。なお、図５Ａ〜図５Ｃにおいて、左側の図がバラストタンク１１の注水時の状態、右側の図がバラストタンク１１の排水時の状態をそれぞれ示す。
【００３２】
図５Ａに示す分離装置５０は、バラストタンク１１内の上端部に支持され、バラストタンク１１の内周面に沿って上下に伸縮する蛇腹状の側面を有する袋状の容器で、分離装置５０の内部は、その上端にて空気通路３０に連結されている。すなわち、バラストタンク１１の内部は、分離装置５０により、分離装置５０の内部に形成された気室Ｇと、分離装置５０の外部に形成された液室Ｌとに分離されている。
【００３３】
バラストタンク１１の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク１１内の水圧より高い状態で注水用バルブ２５を開弁することで、ポッド２の外部から、海水（水）が水路２０を介して液室Ｌ内に流入する。また、注水と同時に、空気用バルブ３２を開弁することで、気室Ｇが外部の水圧により押圧され、分離装置５０の蛇腹状の側面が上方に収縮し、気室Ｇ内の圧縮された空気が、空気通路３０を介して気蓄タンク３１に戻される（図５Ａの左側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が増加して浮力が減少し、ポッド２は沈降する。
一方、バラストタンク１１の排水時には、排水用バルブ２３を開弁し、排水ポンプ２１を駆動することで、液室Ｌ内の水が水路２０内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ３２を開弁することで、気蓄タンク３１内の圧縮空気が空気通路３０を通って気室Ｇ内に供給され、分離装置５０の蛇腹状の側面が下方に伸長し、排水が促される（図５Ａの右側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が減少して浮力が増加し、ポッド２は浮上する。
【００３４】
図５Ｂに示す分離装置５１は、バラストタンク１１内に、バラストタンク１１を上下に分割するよう水平に支持され、バラストタンク１１の内周面に沿って上下に摺動する板状の部材で、その周囲（バラストタンク１１の内周面との摺動部位）には、バラストタンク１１の内周面との気密性を確保するためのライナー５１ａが形成されている。図５Ｂに示す分離装置５１では、上下方向の幅を増加させたライナー５１ａを設けることにより、バラストタンク１１の内周面との摺動性及び気密性を確保している。そして、バラストタンク１１の内部は、分離装置５１により、分離装置５１の上方に形成された気室Ｇと、分離装置５１の下方に形成された液室Ｌとに分離されている。
【００３５】
バラストタンク１１の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク１１内の水圧より高い状態で注水用バルブ２５を開弁することで、ポッド２の外部から、海水（水）が水路２０を介して液室Ｌ内へ流入する。また、注水と同時に、空気用バルブ３２を開弁することで、気室Ｇ内の空気が外部の水圧により押圧され、分離装置５１が上昇し、気室Ｇ内の圧縮された空気が、空気通路３０を介して気蓄タンク３１に戻される（図５Ｂの左側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が増加して浮力が減少し、ポッド２は沈降する。
一方、バラストタンク１１の排水時には、排水用バルブ２３を開弁し、排水ポンプ２１を駆動することで、液室Ｌ内の水が水路２０内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ３２を開弁することで、気蓄タンク３１内の圧縮空気が空気通路３０を通って気室Ｇ内に供給され、分離装置５１が下降し、排水が促される（図５Ｂの右側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が減少して浮力が増加し、ポッド２は浮上する。
なお、分離装置５１はバラストタンク１１内を上下に摺動するピストンとも見做される。そのため、分離装置５１にロッド等（図示せず）を設け、分離装置５１の上下動を、このロッドを介して他の仕事に利用してもよい。
【００３６】
図５Ｃに示す分離装置５２は、バラストタンク１１内の上端部に支持され、バラストタンク１１の内部に垂下する、弾性変形可能な袋状の容器で、分離装置５２の内部は、その上端にて空気通路３０に連結されている。すなわち、バラストタンク１１の内部は、分離装置５２により、分離装置５２の内部に形成された気室Ｇと、分離装置５２の外部に形成された液室Ｌとに分離されている。
【００３７】
バラストタンク１１の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク１１内の水圧より高い状態で注水用バルブ２５を開弁することで、ポッド２の外部から、海水（水）が水路２０を介して液室Ｌ内に流入する。また、注水と同時に、空気用バルブ３２を開弁することで、気室Ｇが外部の水圧により押圧され、分離装置５２が収縮し、気室Ｇ内の圧縮された空気が、空気通路３０を介して気蓄タンク３１に戻される（図５Ｃの左側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が増加して浮力が減少し、ポッド２は沈降する。
一方、バラストタンク１１の排水時には、排水用バルブ２３を開弁し、排水ポンプ２１を駆動することで、液室Ｌ内の水が水路２０内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ３２を開弁することで、気蓄タンク３１内の圧縮空気が空気通路３０を通って気室Ｇ内に供給され、分離装置５２が膨張し、排水が促される（図５Ｃの右側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が減少して浮力が増加し、ポッド２は浮上する。
【００３８】
このように、気蓄タンク３１を利用したバラストタンク１１による浮力調整を妨げることなく、バラストタンク１１内に供給される水と空気とを分離する分離装置５０、５１、５２をバラストタンク１１の内部に設けることにより、バラストタンク１１内の水と空気との接触を避けることができる。その結果、バラストタンク１１の排水に伴う、気蓄タンク３１内に蓄えられた空気の減少が防止され、気蓄タンク３１内に蓄えられた空気によるバラストタンク１１からの排水を、長時間にわたり円滑に行うことが可能となる。
【００３９】
なお、図５Ａ及び図５Ｃに示す分離装置５０、５２では、分離装置５０、５２の内部が空気通路３０に連結されて気室Ｇを構成し、バラストタンク１１の内部のうち、分離装置５０、５２により気室Ｇと分離された部分が、水路２０に連結されて液室Ｌを構成している。
しかしながら、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上記分離装置５０、５２において、分離装置５０、５２の内部が水路２０に連結されて液室Ｌを構成し、バラストタンク１１の内部のうち、分離装置５０、５２により液室Ｌと分離された部分が、空気通路３０に連結されて気室Ｇを構成してもよい。
この場合、バラストタンク１１の内部は、分離装置５０、５２により、分離装置５０の内部に形成された液室Ｌと、分離装置５０の外部に形成された気室Ｇとに分離される。
【００４０】
図６Ａ及び図６Ｂに示す分離装置５０、５２によれば、バラストタンク１１の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク１１内の水圧より高い状態で注水用バルブ２５を開弁することで、ポッド２の外部から、海水（水）が水路２０を介して分離装置５０、５２内の液室Ｌに流入し、分離装置５０、５２が膨張する。また、注水と同時に、空気用バルブ３２を開弁することで、分離装置５０、５２の膨脹に伴い圧縮された気室Ｇ内の空気が、空気通路３０を介して気蓄タンク３１に戻される（図６Ａ及び図６Ｂの右側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が増加して浮力が減少し、ポッド２は沈降する。
一方、バラストタンク１１の排水時には、排水用バルブ２３を開弁し、排水ポンプ２１を駆動することで、液室Ｌ内の水が水路２０内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ３２を開弁することで、気蓄タンク３１内の圧縮空気が空気通路３０を通って気室Ｇ内に供給され、分離装置５０、５２が収縮し、排水が促される（図６Ａ及び図６Ｂの左側の図参照）。その結果、バラストタンク１１内の水が減少して浮力が増加し、ポッド２は浮上する。
【００４１】
すなわち、図６Ａ及び図６Ｂに示す分離装置５０、５２においても、気蓄タンク３１を利用したバラストタンク１１による浮力調整を妨げることなく、バラストタンク１１内の水と空気との接触を避けることができる。その結果、バラストタンク１１の排水に伴う、気蓄タンク３１内に蓄えられた空気の減少が防止され、気蓄タンク３１内に蓄えられた空気によるバラストタンク１１からの排水を、長時間にわたり円滑に行うことが可能となる。
なお、気蓄タンク３１を利用したバラストタンク１１による浮力調整を妨げることなく、バラストタンク１１内の水と空気との接触を避けることが可能であれば、そのための具体的な構成は、図５Ａ〜図５Ｃ、並びに図６Ａ及び図６Ｂに示す構造に限定されない。
【００４２】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の付加、省略、置換、及びその他の交換が可能である。また、本発明は、上記の説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
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ない。個々のポッド２におけるタービン４の設置位置も、ポッド２の尾部のみならず、ポッド２の前部（シンカー８側）や中央部でもよく、あるいはこれらを組み合わせてもよい。また、上記各実施形態では、左右一対のポッド２、２が連結ビーム３により接続されているが、ポッド２の数は１個でもよく、３個以上のポッド２、２が連結ビーム３等を介して配置されていてもよい。
更に、複数のポッド２、２が上下もしくは上下左右に配置されていてもよい。
【００４３】
また、係留索７の形状は、各ポッド２から延びて途中で合流するＹ字状の他、一端が各ポッド２から延びて他端が同一のシンカー８に接続されるＶ字状であってもよい。あるいは、個々のポッド２、あるいはポッド２、２を連結するビーム３から１本または複数本の係留索７が延びてもよい。複数のポッド２、２が上下左右に配置されている場合、これらのポッド２、２からそれぞれ延びる係留索７が、例えば前方から見てＸ字状等、立体的に配置されていてもよい。また、係留索７の他端が接続されるシンカー８の数が、１または複数であってもよい。あるいは係留索７以外の公知の係留方法を採用してもよい。
【００４４】
また、上記各実施形態ではバラストタンク１１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、バラストタンクの形状及び構成はこれに限られず、例えば連結ビーム内にバラストタンクを設けてもよい。さらに、ポッド２の内部に１つのバラストタンク１１を備えた構成でなくてもよく、例えばポッド２内に複数のバラストタンクを設けてもよい。
【００４５】
また、上記各実施形態では、バラストタンク１１への注水はポッド２の外部の水圧を利用して行っているが、水路に注水用のポンプを設けてもよい。
また、上記各実施形態では、気蓄タンク３１に圧縮空気を充填しているが、気蓄タンク内に蓄える圧縮気体は空気以外の気体であってもよい。
【００４６】
また、上記各実施形態では、本発明を海流発電装置１、４０に適用した場合について説明したが、本発明は、海流発電装置１、４０以外の、気蓄タンク３１を利用したバラストタンク１１による浮力調整を行う水中浮遊式の水中機器にも適用可能である。例えば、本発明は、有人もしくは無人の自走式水中航走体や曳航物、水中作業用のロボット、水中に留置される構造物（浮体等）にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、浮力調整部による浮力の微調整を繰り返し行うことが可能な、水中浮遊式の水中機器が得られる。
【符号の説明】
【００４８】
１、４０  海流発電装置（水中機器）
２  ポッド
４  タービン
１１  バラストタンク（浮力調整部）
２０  水路
２１  排水ポンプ（排水手段）
２２  逆止弁
２３  排水用バルブ
２４  開口部
２５  注水用バルブ
２６  逆止弁
３０  空気通路
３１  気蓄タンク（気蓄手段）
３２  空気用バルブ
４１  空気管（管部材）
４２  圧縮ポンプ（気体圧縮手段）
【図１】
2014163141.tif 000003
【図２】
2014163141.tif 000004
【図３Ａ】
2014163141.tif 000005
【図３Ｂ】
2014163141.tif 000006
【図４】
2014163141.tif 000007
【図５Ａ】
2014163141.tif 000008
【図５Ｂ】
2014163141.tif 000009
【図５Ｃ】
2014163141.tif 000010
【図６Ａ】
2014163141.tif 000011
【図６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年6月22日(2016.6.22)
【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】
注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、
前記浮力調整部から排水を行う排水手段と、
予め内部に圧縮気体を蓄えており、前記排水手段による前記浮力調整部からの排水を行う際には内部の圧縮気体を前記浮力調整部に供給し、前記浮力調整部への注水を行う際には供給した気体が内部に戻される気蓄手段とを備え、
前記浮力調整部は、その外部の水圧により注水され、
前記浮力調整部への注水を行う際には、前記水圧により注水された水を介して、前記浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される水中浮遊式の水中機器。
【請求項２】
前記水中機器が、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、前記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とを備えた水中浮遊式の海流発電装置である請求項１に記載の水中機器。
【請求項３】
前記浮力調整部は、前記ポッドの外部の水圧により注水され、
前記浮力調整部への注水を行う際には、前記水圧により注水された水を介して、前記浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される請求項２に記載の水中機器。請求項１に記載の水中機器。
【請求項４】
前記排水手段は、前記タービンの回転速度に応じて前記浮力調整部に対する排水を行う請求項２又は３に記載の水中機器。
【請求項５】
注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、
前記浮力調整部から排水を行う排水手段と、
予め内部に圧縮気体を蓄えており、前記排水手段による前記浮力調整部からの排水を行う際には内部の圧縮気体を前記浮力調整部に供給し、前記浮力調整部への注水を行う際には供給した気体が内部に戻される気蓄手段と、
伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、
前記管部材から外気を取り込み圧縮して前記気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、
を備える水中機器。
【請求項６】
伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、
前記管部材から外気を取り込み圧縮して前記気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、を備える請求項２に記載の水中機器。
【請求項７】
複数の前記浮力調整部が左右に配置され、個々の前記浮力調整部に対する前記排水手段及び気蓄手段による注排水により、左右方向における所定の姿勢を保ちつつ浮沈可能である請求項１に記載の水中機器。
【請求項８】
複数の前記ポッドが左右に配置され、各ポッドのそれぞれに前記浮力調整部を備えており、
個々の前記浮力調整部に対する前記排水手段及び気蓄手段による注排水により、複数の前記ポッドの姿勢を水平に保ちつつ浮沈可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の水中機器。
【請求項９】
前記浮力調整部が、前記浮力調整部に供給される水と、前記気蓄手段から前記浮力調整部に供給される気体とを分離する分離装置を備える請求項１又は２に記載の水中機器。
【国際調査報告】
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