(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を収容し、海上に浮く様に設けられた浮体本体と、浮体本体に固定され、導入された潮流の流路を構成すると共に潮流により回転する回転体を備えた流路構成体と、回転体の回転を発電機に伝達する回転伝達手段と、第一の開口部が上記流路構成体の一方に接続され、第一の開口部より開口面積が大きい潮流取り込み用の第二の開口部を持つ、ホーン状の筒体よりなり、第一および第二の開口部の開口面積の比率に対応して流速が増幅された潮流を上記流路構成体に導入する為の流速増幅手段と、上記浮体本体を一定位置に係留する係留手段を備え、流速増幅手段の外側面が潮流の下流側に位置した時に潮流の上流側から下流側に向けて広がる構成であり、当該外側面に潮流の下流側に位置した時のみ開き、外側面に沿う潮流を内部に取り込む開口部を設けた自動流速増幅装置を持つ潮流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は潮の流れを取り込み其の力により発電する潮流発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
潮流発電装置は安価な自然の力を求めて色々な開発が行われているが其の何れも自然の潮流そのまま利用する物で発電機の発電の行える同期回転と自然の潮の流れから引き出せる力との間に乖離が有り本格的な普及に至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-114936  潮流発電装置
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこの様な課題を解決し、発電機を動作させえない流速が速くない潮流を用いて発電を可能にし、又潮流の方向が逆転しても発電が出来る潮流発電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は発電機を動作させる為の潮流に流路の両端に、前記流路側の開口面積に比べ潮流導入側の開口面積を大きくしたホーン状の筒で構成された流速増幅装置を接続したものである。
【発明の効果】
【０００６】
潮流の流速を装置内でアップさせる事により、潮流の流速が速い地点でなくても、潮流による発電が可能になり、潮流発電の実用化が飛躍的に進展することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の潮流発電装置の概略構成を示す一部分解斜視図。
【図２】同平面図
【図３】同平面図
【図４】同平面図Ａ-Ａ断面図
【図５】同要部分解斜視図
【図６】同  潮流側からの正面図
【図７】同一部平面図
【図８】同一部平面図
【図９】同一部平面図
【図１０】自動流速増幅装置  方向制御弁蝶番部分拡大図
【図１１】（A）  回転体及び仕切り板の側面図
【図１１】（B）  同平面図
【図１２】本発明の潮流発電装置の重要要素の概略配置図
【図１３】回転体
【図１４】回転体  角度制御金具  部分拡大図
【図１５】回転体  位置変動  ４５度ずつの姿図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態を説明する。
図１は全体の構成を示すもので１−Ａ，１−Ｂ，１−Ｃ  は発電機などを搭載した浮体で、浮体１−Aと１−Bの間に潮流の力を回転力として取り入れる回転体（後述）を備えた発電の為の潮流の流路となる筒体6-Aが固定され、同じく浮体1-Bと浮体1-Cの間に同様の筒体６−Bが固定されている。2、および3は自動流速増幅装置で、ホーン状の筒体で構成され、開口面積の大きい方で潮流を取り込み、装置内で絞る事により流速を上げ開口面積の小さい方から次の流路に潮流を導入する。開口面積の小さい側がそれぞれ筒体6-A、6-Bの一方の開口部に連結され筒体6-A、6-B其々から排出機能の自動流速増幅装置4,5  に潮流が排出され連続した流路を構成する様に為っている。この様に構成された構造体は潮流の方向と平行に為る様に海上に浮かべ、全体を海底に固定されたシーアンカー１５で係留する。装置全体を浮かべる為全体重量に見合う浮力を持つ様に浮体1-A、1-B,1-C  は構成されている。潮流を取り入れ排出する装置が自動流速増幅装置２,３  と自動流速増幅装置4,5  であり、この装置で取り入れた潮流を次の筒体6-A、6-B  に導入し回転力として取り入れ発電を行う。浮体の接続補強と管理作業の為上部甲板7  を支柱10  で取り付け、波よけの為海上からの距離を取る。21は浮体1-A、1-B,1-C  三艘の浮体の連結部である。自動流速増幅装置2,3,4,5  の入り口に浮遊物除去の為ゴミ流入防止用ネット13  を取り付け海上の浮遊物の装置内への流入を防ぐ。シーアンカー１５と浮体1-A、1-B、1-Cを係留チェーン１６で繋ぎとめる。係留チェーン１６は浮体1-A、1-B、1-C  の一定角度維持の為必ず二本設けられ、浮体1-A、1-B、1-C  は潮流に平行に為る様設置する。シーアンカー１５  は潮流の方向を矢印11  の方向とすると、流れの前後に二個設置しシーアンカー１５  の安定と設置費用の安易安価の為陸地部係留チェーン17  で陸地に係留する。喫水線14  から上が海上で下が海中、海底となる。8  は自動流速増幅装置2,3,4,5  に備えられる開口部で有り詳しい説明は後述する。
【０００９】
図2は装置全体を上から見た平面図である。図2は潮の流れ方向が矢印１１の方向の時の本発明の潮流発電装置の形状であるが同図の状態を仮に満ち潮時の形状とすれば６時間後には流れが反転して逆方向となり、引き潮時の形状は図３に示す様な物に為る。装置の形状は潮流の力を利用し自然に変化するように構成されている。全体の機能は流入する潮流を自動流速増幅装置2,3  で受け入口面積と出口面積の比を10：1  にすると、相応に流速アップした潮流を次の筒体6-A、6-B  に導入し、図４に示す様に筒体6-A、6-B  に備えられた回転体２３  により回転力として捉え、其の回転力をギヤ２４  を通し発電機２２に入力し発電を行う。潮流の流路は自動流速増幅装置2  で受けた潮流を自動流速増幅装置2の内部で流速を速め自動流速増幅装置2  に備えられた方向制御弁９  により筒体6-A  の潮流流入側から見て右片側に導入し筒体6-A  に内蔵される回転体23の回転効率を上げる。筒体6-A  に導入した潮流は備えられた回転体23  により回転力として捉え利用したのち自動流速増幅装置5  に導き排出する。自動流速増幅装置3  で受けられた潮流は同様に利用し筒体6-B  から自動流速増幅装置4  に導き排出する。その二つの流路を三艘に分けられた浮体本体1-A,1-B,1-C  で支えシーアンカー１５で係留する。同図では上流側、下流側のシーアンカー１５  とも同じ状態に示されているが、実際は上流側のシーアンカー１５  に装置全体が引かれる形となる。図２の状態では浮体本体1-A,1-B  の外側を流れる潮流にとっては下流側の自動流速増幅装置4,5  の外側面は大きな抵抗となるが自動流速増幅装置4,5  に設けられている開口部８  の部分は開かれており、流れを通す形状になっている為流れに対しての抵抗値を軽減している。自動流速増幅装置2,3,4,5  に備えられるもう一つの機能は方向制御弁９  で有るが流入機能の自動流速増幅装置2,3  の方向制御弁９  と排出機能の自動流速増幅装置4,5  の方向制御弁９  は形状が潮流の力で自然に変化している。開口部８  の機能説明は図８で、方向制御弁９  の機能説明は図９で行う。図２中A-Aとの図示は浮体本体1-A,1-B,1-C  と筒体6-A,6-B  の取り合いを判り易く図示する為断面図の位置を示した物であり詳細は図４に示す。
【００１０】
図３は引き潮時の形状すなわち潮流の方向である矢印１１の方向が図２と逆の方向になっている。本装置の各部分の形状は潮流の力で自然に変化する。図３の場合図面下部のシーアンカー１５が装置全体を引く形になる。各装置の機能は図２の説明である（0009）に示す。
【００１１】
図4は図２のA-A線に沿う断面図である。図に示す様に浮体本体1-A,1-B,1-C  を底部の浮体連結部２１と上部の浮体連結部２１  及び上部甲板７で連結し補強する。上部甲板７  を設けた意味は甲板７の上部を利用する為も有るが主には浮体本体1-A,1-B,1-C  を連結して補強する為である。No,２５は内壁のラインをNo,２１は浮体連結部上下其々を表している。自動流速増幅装置2,3  により増幅され筒体６−A,６−B  に導入された水流の力を回転体２３により回転力に変換し回転数調整ギヤ２４を通し、浮体本体1-A,1-B,1-C  に収容された発電機２２を回転させるが発電した電気は、潮流の速度の変化に伴う変動が有る為、電圧、周波数、力率等を調整して電力会社の系統回線に接続しなければならず其の機能を持つ機器等も同様に設置するがここでは発電機２２として総称する。ギヤ２４や浮体本体１-Ａ，1-Ｂ，1-Ｃ  の上部は防潮、波よけの必要が有れば対応し必要部品を設置する。No,00１４が喫水線を表し水面直下の潮流を導入し利用する。各々の材質に付いては船舶用鋼板、ステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びFRPやCFRP等のプラスチック複合材が考えられるが本発明の目的を達成出来るもので有れば限定されない。
【００１２】
図５は自動流速増幅装置2,3  を入口の防護ネット13  を判り易く外して書き浮体本体１−Ａ，１−Ｂ，１−Ｃ  の上部甲板７  を同様に書き自動流速増幅装置2,3  と筒体６−Ａ，６−Ｂ  のレベルと浮体本体１−Ａ，１−Ｂ，１−Ｃ  のレベルを判り易く角度を変え図示したものである。浮体本体１−Ａ，１−Ｂ，１−Ｃ  は其々が一艘の船で有り三艘の船の間に筒体６−Ａ，６−Ｂ  が取り付けられ其の筒体６−Ａ，６−Ｂ  に自動流速増幅装置2,3  を其々取り付け独立した流路を構成している。
【００１３】
図６は自動流速増幅装置2,3  に流入する潮流の上流からの正面図であるが自動流速増幅装置2,3  は集水機能時の形状の為開口部８  は閉じられている。自動流速増幅装置2,3  の入口面積と出口面積の比を10：1  に設計し相応の流速アップを図るが自動流速増幅装置2,3  の出口は同時に次の筒体６−Ａ，６−Ｂ    の入り口となるが図面を判り易くする為符号No,18  で図示している。喫水線１４  から上が海上で下が海中、海底と為りシーアンカー１５  は海底に固定されている。其のシーアンカー１５  の設置を安易安価にする為陸地部係留チェーン１７  により係留する。シーアンカー１５  から浮体本体１−Ａ，１−Ｂ，１−Ｃ  に係留する係留チェーン１６  は必ず二本である。潮流の流入側の自動流速増幅装置2,3  から発電する為の回転体２３  を備える筒体６−Ａ，６−Ｂ  までは流速アップの為全て閉鎖管の状態になっており、符号No,19,20  は其れを示す為自動流速増幅装置2,3  の上部側と下部側の板ラインを図示したものである。
【００１４】
図７は自動流速増幅装置4,5  の排水機能時すなわち潮流の下流側に位置する時の形状を上板を除き判り易く鳥瞰図にした物である。開口部８  は排水機能時の形状の為開口し潮流を通し浮体本体１−Ａ，１−Ｂ  の外側を流れる潮流11  に対しての抵抗値を軽減しシーアンカー１５に要求される耐力負荷を軽減する。図８は開口部８に設けられた羽根３０の動作を示すものであるが、図７図示の羽根の角度が開口時の停止角度で有る。
【００１５】
図８が自動流速増幅装置2,3,4,5  に含まれている機能の一つの開口部８  の動作を示すもので、開口部8  の羽根３０  は蝶番２９  で自動流速増幅装置一部分28  に取り付けられており、潮流の方向が矢印２７A  の方向の場合（集水位置に有る場合）、羽根３０は点線の位置に有り、潮流の方向が転換し、矢印２７B  に示す方向（排水位置）に変わると潮流の流れの力で実線の位置に自然に移動する。詳しく説明すると、潮の流れは6時間毎に変わり場所により差は有るが大凡反転する。多少の差は有っても本装置はシーアンカー１５により海底に固定されていて其れに引かれる形となる為流れの方向は必ず図示の27A,B  の方向となる。6時間毎の変動で27A  が27B  に変わると開口部８  の羽根３０  と自動流速増幅装置一部分28  が同時に流れに押される形となり自動流速増幅装置一部分28  はシーアンカー１５により海底に固定されている為自動流速増幅装置一部分28  は固定状態で其の位置に残り開口部８  の羽根３０  のみが図の実線位置に移動し排水機能の形状になり、開口部８  の部分に流れを通し流れに対する抵抗値を軽減する。移動して来た羽根３０はストッパー３１により図示の角度で停止し６時間後の潮流転換時まで其の位置に停止する。６時間後に流れが反転した時は反転した流れが開口部８  と開口部８  の間に意図的に残した自動流速増幅装置一部分28    に当たり其の流れが開口部８  の羽根３０  を押す形となり元々の停止位置が図示の角度の為流れが直接羽根３０  に当たる事も有り同図実線位置から同図点線位置にスムースに移動し排水機能形状から集水機能形状に為る。ストッパー31は羽根30  を其の位置に停止させるもので有れば個数及び材質は限定しない。
【００１６】
図９が自動流速増幅装置2,3,4,5  に含まれている機能の一つの方向制御弁９  の作動範囲と筒体6−Bに含まれる仕切り板33  と回転体23  の取り合いを図示したものである。筒体6−B  の平面図を見ると一つの筒に仕切り板33  を付け二つにしてと云うのでなく、逆方向に流れる二つの筒の幅全体に跨る様に回転体23  が配置され、筒体6−B  のそれぞれ片側に導入された流れが回転体23  を回し次の回転体23  を回す為に進む時流れが混じり合わない様仕切り板33  で整流する。これを繰り返し全体の回転体23  の回転効率を上げる。筒体6−B  の一番端の仕切り板33  は方向制御弁９  との取り合いが生じる為不都合の無い様設計する。図10に方向制御弁９  の蝶番部分の拡大図を記す。各々の数及び材質に付いては船舶用鋼板、ステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びＦＲＰやＣＦＲP等のプラスチック複合材が考えられるが本発明の目的を達成出来るもので有れば限定されない。又形状も穴空き、湾曲等が考えられ数に付いても本発明の目的を達成出来るもので有れば限定されない。
【００１７】
図１０は自動流速増幅装置3  と筒体6−B  とを潮流の方向により自動的に移動する自動流速増幅装置3  に内蔵された方向制御弁9  の拡大図であるが同図の方向制御弁9  の実線位置が自動流速増幅装置3  が潮流を受け流れを次の流路の筒体6−B  に導入する作業時の位置で方向制御弁9  の点線位置が図3に示される自動流速増幅装置4  が潮流を受け流路の筒体6−B を通り自動流速増幅装置3  側から排出される作業時の方向制御弁9  の位置である。方向制御弁9  は海中使用可能な蝶番32  により自動流速増幅装置の一部分28  に取り付けられていて自動流速増幅装置3  が潮流を受ける時は入り口で受けた潮流が自動流速増幅装置の一部分28  と点線図示位置の方向制御弁9  の間に流れ込んだ潮流が実線位置の方向に方向制御弁9  を押す形となり移動を始め蝶番32の取り付け位置が角から少し内側に入った処に取り付けている為1-B  の角と同じ角度で停止し潮流を次の流路筒体6-B  の片側に導入し筒体6-B  に内蔵された回転体23  の回転効率を上げる。6時間後に流れが反転した時は其の流れが浮体本体1-B  と方向制御弁9  の間に当たり方向制御弁9  を同図点線位置の方向に押し元々同図実線位置で停止して居る為流れが直接方向制御弁9  に当たる事も有りスムースに点線位置に移動する。方向制御弁9  は自動流速増幅装置3  と筒体6-B  双方に移動する為高さ等形状を支障の無い様設計する。
【００１８】
図１１（A）  が筒体６−Ａ，６−Ｂ  内部の回転体23  及び仕切り板33  の側面図だが筒体６−Ａ  一つの筒に時間により反対方向に流れる二つの流路を持つがその時々を見ると一方に早い速度で流れる流路とそうでない流路に分かれている。流れる潮流は違う動きをしている為其々の潮流が混じると回転体23  の回転効率を落とす事に為る。細かいイメージを表すとひとつの筒に仕切り板33  が有ると云うイメージで無く、独立した二つの流路に跨る回転体２３  と云うイメージで有り仕切り板33  も回転体２３の支持する側其々の両端の隙間もその様なイメージで製作に当たる。図１１（B）  が筒体６−Ａ，６−Ｂ  の平面図だが回転体２３  を回す潮流が他の流路の潮流と混じらない様仕切り板３３  で整流する。
【００１９】
図１２が浮体本体１−A,１−B１−C  に搭載される発電機22  等、筒体６−A,６−B  に搭載される回転体２３及び仕切り板３３の概略配置図であるが各々の数量は其の全体装置に要求される容量により決定する為限定されない。浮体１−Cに２６と記入して有る部分は全体の予備スペースである。
【００２０】
図１３が潮流の力を回転力として取り込む回転体２３  を示すものであり、芯パイプ３４に固定した角度制御金具３６  により潮流の力を受ける時は固定状態に為り力を其の儘強く受け、流れに向かう時は角度を変え抵抗値を減らし回転効率を上げる。水流受け板35  の先端に角度が付いているのは回転時に水流受け板35  が早く固定状態の位置に行く為の工夫である。支持部は両端でも良く片側支持でも良く発明の目的を満たすもので有れば限定されない。各々の材質に付いても同様である。
【００２１】
図１４が回転体２３の中心部の拡大図である。芯パイプ34  に固定された角度制御金具３６  に固定された状態に丸棒３７  を両端で支持し、水流受け板35  に固定された状態で両端を支持された丸パイプ38  をはめ込み、水流受け板35  の実線位置で流れを強く受け点線位置で抵抗値を軽減する。丸パイプ38  の内径は丸棒３７  の外径より大きくし移動自由の状態である。図面を判り易くする為水流受け板35が流れの力を強く受ける位置で図に実線で表し回転して流れに向かう時角度を変え抵抗値を軽減する位置は点線の符号３９で表している。
【００２２】
図１５は回転体２３  の水流受け板35  の羽根が４５度回転するごとにどの様な位置に変化するかを示す図である。★印の水流受け板35  を見て行くと良く判る。図１５の1.〜8.と廻り1.に戻り順環する。此処では潮流の方向が矢印１１の方向の場合を示している。
【００２３】
以上であるが浮体の数や筒体等の数は自由に変更出来、自動流速増幅装置2,3,4,5  の両端の開口面積の比率に付いても変更可能である。材質に付いては船舶用鋼板、ステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びＦＲＰやＣＦＲP等のプラスチック複合材が考えられるが本発明の目的を達成出来るもので有れば限定されない。
【符号の説明】
【００２４】
1-Ａ   浮体本体 三艘の内 端片側一艘  
1-Ｂ   浮体本体 三艘の内  端片側一艘
1-Ｃ   浮体本体 三艘の内一艘  三艘の真ん中
2      自動流速増幅装置    片側-本体から観て左方  筒体6-Ａ  に接続
3      自動流速増幅装置    片側-本体から観て右方 筒体6-Ｂ  に接続
4      自動流速増幅装置    片側-本体から観て左方 筒体6-Ｂ  に接続
5      自動流速増幅装置    片側-本体から観て右方  筒体6-Ａ  に接続
６-Ａ  回転体装備  筒体
６-Ｂ  回転体装備  筒体                
7     上部甲板
8     自動流速増幅装置  開口部（総称）
9     自動流速増幅装置  方向制御弁                                  
10     支柱    
11     潮の流れの方向を示す矢印
13     ゴミ流入防止用ネット
14     喫水線
15     シーアンカー
16     シーアンカーと浮体本体係留チェーン
17     シーアンカーと陸地部係留チェーン
18     自動流速増幅装置2,3  の出口
19     自動流速増幅装置  ラッパ状筒体  上部板ライン
20     自動流速増幅装置  ラッパ状筒体  下部板ライン
21     浮体連結部  上下共
22     発電機（パワーコンディショナ等制御機器含む）
23     回転体
24     回転数調整用ギヤ
25     浮体内壁ライン
26     甲板上部設備用予備スペース、発電機用予備スペース含む
27     潮流  方向、角度
28     自動流速増幅装置  の一部分
29    自動流速増幅装置  開口部使用蝶番
30    自動流速増幅装置  開口部  羽根（実線-開時  点線-閉時）
31    自動流速増幅装置  開口部  ストッパー
32    自動流速増幅装置  方向制御弁  使用蝶番
33    仕切り板  
34    回転体芯パイプ
35    回転体  水流受け板  流れの力を強く受ける位置
36    回転体  芯パイプに取り付けた角度制御金具
37    回転体に固定された角度制御金具に固定取り付けされた丸棒
38    回転体  水流受け板に取り付けた丸パイプ（内径＞芯パイプに取り付けた丸棒径）
39    回転体  水流受け板  抵抗値軽減位置
【要約】 
【課題】  
潮流発電は種々の開発が為されているが何れも自然の流れを其の儘利用したモノで発電機の発電を行う為に必要な同期回転数と潮流から取り入れる回転数との間に乖離が有る為費用対効果の点で実用化に為らず普及に至っていないと思われる。其れと潮流には月の満ち欠けによる流速及び時間の変化が在り作動を自然の力による方がより正確に行えると考えられ装置全体の効率も考慮し其の条件を満たすものが必要と思われる。
【解決手段】  
浮体本体から満ち潮引き潮両方の利用が出来る様両方の側にホーン状の筒体を設け其の取入れ口の面積と出口の面積比を例えば１０倍以上にして相応の流速アップを可能にするとともに発電効率アップの為の諸設備の作動は全て自然の流れの力により作動させ海底地形や潮流の時間的変動などの影響を受けない構造とした。
【選択図】    図１【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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