(57)【要約】  本発明は、別の基礎工事をせずに、水流エネルギーを電気エネルギー又は物理的なエネルギーに変換する水流エネルギー変換装置に関するものであって、流動体の浮力によって流体の上に浮いている浮遊体と；、前記浮遊体に設置される3つ以上の支持ガイドと；、流動体の流れである水流に抵抗する強度を持つ中心軸と、中心軸の外側に結合して水流によって回転する水流翼を含み、全体的に水流に抵抗する柱の役割をする3つ以上の水流柱と；、上端の一部分が支持ガイドに係合して前記支持ガイドに長さ方向に摺動可能に支持され、先端が水面下に形成される地面に支持されている前記3つ以上の水流柱と、前記支持ガイドを含む浮遊体と、水面下に形成されている地面とが形成するトラス型の構造物と;を含み、前記水流柱の中心軸又は水流翼に連結され、中心軸又は水流翼の回転力を含む機械的エネルギーを電気エネルギー又は物理的なエネルギーに変換する水流エネルギー変換装置である。
2015510088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動体の流れの力である水流エネルギーを電気エネルギー又は物理的なエネルギーに変換する水流エネルギー変換装置において、
流動体の浮力によって液体の上に浮いている浮遊体と、
前記浮遊体に設けられ、水位変化による浮遊体の位置変化に応じて、水流柱を長さ方向に摺動できるように支持する3つ以上の支持ガイドと、
流動体の流れである水流に抵抗する強度を持つ中心軸と、中心軸の外側に結合して水流によって回転する水流翼とを含み、全体的に水流に抵抗する柱の役割をする3つ以上の水流柱と、
上端の一部分が支持ガイドに係合し、前記支持ガイドに長さ方向に摺動できるように支持され、先端が水面下に形成される地面に支持される前記3つ以上の水流柱と、前記支持ガイドを含む浮遊体と、水面下に形成される地面と、形成するトラス型の構造物と、
前記水流柱の中心軸又は水流翼に連結され、中心軸又は水流翼の回転力を含む機械的エネルギーを電気エネルギー又は物理的なエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、を含むことを特徴とする水流エネルギー変換装置。
【請求項２】
水流の力によって曲げられる前記水流柱を微分（differential）して、水流翼の回転中心軸を直線化する微分手段を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の水流エネルギー変換装置。
【請求項３】
前記微分手段によって微分された隣接する微分要素間の回転力を伝達する回転力伝達手段を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の水流エネルギー変換装置。
【請求項４】
前記微分手段は、中心軸が一つの剛体として形成され、中心軸に軸受で支持されて相対摺動しつつ回転する複数の水流翼であり、
前記回転力伝達手段は、各水流翼を相対曲げ可能に連結する伸縮可能な回転伝達具であることを特徴とする請求項3に記載の水流エネルギー変換装置。
【請求項５】
前記微分手段は、中心軸と水流翼とが相対回転しないように、一つの剛体として形成され、複数の要素に分割された中心軸と水流翼とであり、
前記回転力伝達手段は、各分割された中心軸と共に回転可能でありながら、曲げが防止されるように連結する伝動連結具であることを特徴とする請求項3に記載の水流エネルギー変換装置。
【請求項６】
前記微分手段は、中心軸が一つの剛体として形成され、中心軸に軸受で支持されて相対摺動しつつ回転する複数の水流翼ユニットであり、
前記エネルギー変換装置は、水流翼に支持されて中心軸を中心にして回転し、磁力線を発生させる磁力発生手段を備えるロータと、前記ロータの内部に設けられ、発電コイルを内蔵するステータとを備える発電機であることを特徴とする請求項2に記載の水流エネルギー変換装置。
【請求項７】
前記水流柱に形成されている回転伝達溝に係合し、水流柱の回転をエネルギー変換装置に伝達する回転伝達突起を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の水流エネルギー変換装置。
【請求項８】
前記水流翼の一部を覆うことにより、中心軸を中心に、水流翼の一部のみが水流に露出し、反対側は水流に露出しないようにする水流案内手段を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の水流エネルギー変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流エネルギー変換装置に関するものであって、水深の深い海で別の基礎工事をしなくても、効率的に水流エネルギーを電気等のエネルギーに変換する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、水流エネルギー変換装置に関するものであって、水深の深い海で別の基礎工事をしなくても、効率的に水流エネルギーを電気等のエネルギーに変換する装置に関するものである。
【０００３】
このように、水流エネルギーを利用して電気等のエネルギーに変換する装置の一つが、韓国公開特許公報10-2004-0033161号に開示されており、該発明は、図22に示されるように、浮遊体または固定構造物の下部に垂直に設置されている複数の垂直円筒型水車と、垂直円筒型水車に連結されている発電機からなる。
【０００４】
また、水流発電システムの一つが、韓国登録特許10-1050134号にも開示されており、該発明は、海底面に浮遊した状態で設置される浮力船の表面及び海水面から一定の深さまで円筒部が形成され、水流の双方向の流動性を一方向に回転できるように誘導し、海水の逆流から水車の回転力が保護できる水流発電装置を提供する。
【０００５】
また、水流発電システムの一つが、韓国公開特許公報10-2011-0086676号にも開示されており、該発明は、浮遊体に固定されたドラム型の回転軸を介して得られた回転運動によって油圧用ギアポンプを作動させ、得られた油圧によって発電モーターを作動させて電気を生産している。
【０００６】
一方、水流発電によって回転力を増速する装置の一つが、韓国登録特許10-1037711号に開示されており、該発明は、ハウジングと、前記ハウジングの空間部に設置され、インペラの回転によって発生する回転エネルギーが入力される入力部と、前記入力部にカップリングされ、入力部に入力された回転エネルギーを伝達する伝達部と、前記伝達部にカップリングされ、回転エネルギーを外部に出力する出力部とからなり、水流による回転力を増速している。
【０００７】
このような従来の固定方式または浮遊方式の水流発電システムは、海水面又は海底面に一つの発電装置を一つの支持構造物で固定させた状態で、支持構造物に固定される発電装置として施工されるため、水流発電機は、海底に発電装置を支持させるための構造物を設置しなければならないが、基本的に海底での工事は難しいことから、支持構造物の設置に多くの費用及び時間がかかるという問題点があり、支持構造物の設置時に環境に悪影響を及ぼす問題点がある。
【０００８】
また、水流発電システムは、水深別に分布している水流資源の全てを使用することでなく、海水面又は海底領域の一部のみを使用する方式しかならないため、水車装置の設置されていないところの水流エネルギーを活用できない欠点があり、広い領域の水流資源を使用するために、水車の軸が長い場合には、水流によって水車の軸が曲げられることから、軸を中心とする円滑な回転ができないという問題点がある。
【０００９】
また、上げ潮と下げ潮によって水面の高さが変わると、構造体が不安定になったり、水流と回転体とが一致しなくなり、水流エネルギーを効率的に利用することができない問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
（特許文献1）韓国公開特許公報10-2004-0033161号
（特許文献2）韓国登録特許10-1050134号
（特許文献3）韓国公開特許公報10-2011-0086676号
（特許文献4）韓国登録特許10-1037711号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決することであって、海底に発電装置を含む水流エネルギー変換装置を支持するための支持構造物を設置せずに、水流翼を含む水流柱及び浮遊体そのもので水流の力に抵抗する構造物の形状を維持しつつ、水流エネルギーの変換を行う水流エネルギー変換装置を提供することにより、海底に支持構造物を設置することに伴う環境汚染を防止し、水流エネルギー変換装置の設置費用及び時間を削減し、底面から水面まで全ての領域で流れる水流のエネルギーを効率的に利用できる水流エネルギー変換装置を提供することである。
【００１２】
また、水力ダムがなくても、水流エネルギーを利用できる水流エネルギー変換装置を提供することにより、コストが抑えられ、海水の流動や海洋生物の移動が自由になり、海洋環境に及ぼす影響がほとんどなく、環境にやさしい水流エネルギー変換装置を提供することである。
【００１３】
また、海底の深さが深かったり、水流が強かったりして、水流柱が曲げられるとしても、水流エネルギーの変換が可能であり、設置及びメンテナンスが容易な水流エネルギー変換装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、上げ潮と下げ潮によって水面の高さが変わるとしても、変わった水面の高さに応じて水流エネルギーを効率的に利用できる水流エネルギー変換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】
【００１５】
上記のような目的を達成し、従来の欠点を除去する課題を遂行する本発明の水流エネルギー変換装置は、流動体の流れの力である水流エネルギーを電気エネルギーまたは物理的なエネルギーに変換する水流エネルギー変換装置において、
流動体の浮力によって液体の上に浮いている浮遊体と、
前記浮遊体に設置され、水位の変化に伴う浮遊体の位置変化に応じて水流柱を長さ方向に摺動できるように支持する3つ以上の支持ガイドと、
流動体の流れである水流に抵抗する強度を有する中心軸と、中心軸の外側に結合され、水流によって回転する水流翼を含み、全体的に水流に抵抗する柱の役割をする3つ以上の水流柱であって、上端の一部分が支持ガイドに挿入され、前記支持ガイドに長さ方向に摺動できるように支持され、先端が水面下に形成される地面に支持されている前記3つ以上の水流柱；前記支持ガイドを含む浮遊体；及び水面下に形成される地面；が形成するトラス型の構造物と、
前記水流柱の中心軸または水流翼に接続され、中心軸または水流翼の回転力を含む機械的エネルギーを電気エネルギーまたは物理的なエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、を備えることを特徴とする水流エネルギー変換装置である。
【００１６】
この時、前記水流柱は、海底の深さが深かったり、水流が強かったりして水流柱が曲げられるとしても、中心軸を中心に円滑に回転できるように、水流の力によって曲げられる前記水流柱を微分（differential）して水流翼の回転中心軸を直線化する微分手段と、微分手段によって微分された隣接する微分要素間の回転力を伝達する回転力伝達手段とを更に含むことが好ましい。
【００１７】
この時、前記微分手段のうち、第1実施例の微分手段は、中心軸が一つの剛体として形成され、中心軸に軸受で支持されて相対摺動しつつ回転する複数の水流翼であり、回転力伝達手段は、各水流翼が相対曲げされるように連結する伸縮可能な回転伝達具であることが好ましい。
【００１８】
他の第2実施例の微分手段は、中心軸と水流翼とが相対回転しないように、一つの剛体として形成され、複数の要素に分割された中心軸と水流翼であり、前記回転力伝達手段は、各分割された中心軸と共に回転可能でありながら、曲げが防止されるように連結する伝動連結具であることが好ましい。
【００１９】
他の第3実施例の微分手段は、中心軸が一つの剛体として形成され、中心軸に軸受で支持されて相対摺動しつつ回転する複数の水流翼であり、前記エネルギー変換装置は、水流翼に連結され、中心軸を中心にして回転し、磁力線を発生させる磁力発生手段を具備するロータと、前記ロータの内部に設置され、発電コイルを内蔵するステータとを具備する発電機であることが好ましい。
【００２０】
一方、前記水流エネルギー変換装置は、水流柱に形成された回転伝達溝に係合して水流柱の回転をエネルギー変換装置に伝達する回転伝達突起を更に含むことができるが、この時、回転伝達突起は、支持ガイドの内側に形成され、支持ガイドの外側には、動力伝達のための支持ガイドギアが形成されることが好ましい。
【００２１】
また、前記水流エネルギー変換装置は、水流翼がより効率的に水流を利用できるように、水流翼の一部を覆うようになることになり、中心軸を中心に水流翼の一部だけが水流に露出するようにし、反対側は水流に露出しないようにする水流案内手段を更に含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水流エネルギー変換装置は、その構成から、浮遊体、3つ以上の水流支持柱、及び水面下に形成される地面とが、剛性を持つ1つの構造体になり、3つ以上の脚を持つテーブルが地面に固定される如く、別の支持体がなくても水面下に形成される地面に固定されるため、浮遊体の上面から水流柱を支持ガイドに嵌めて海底の地面に固定するだけで、浮遊体と、支持ガイドと、水流柱とが形成するトラス型の構造物が形成されることから、海底に支持構造物を設置することに伴う環境汚染を防止し、水流発電機の設置において費用及び時間が削減される効果を達成し、
水流に起因する浮遊体の移動によって水流柱が曲げられるとしても、単位回転軸が、曲げによる円弧を微分することから、直線軸を中心に回転するようになり、深い底面から水面まで全ての領域で流れる水流のエネルギーを効率的に利用できる効果を達成する。
【００２３】
また、ダムのように所定の区域全てを閉鎖することなく、一部分にのみ水流柱を形成することができることから、海水の流動や魚類等の生物の流動を邪魔せず、環境を損なわずに発電を行える効果を達成する。
【００２４】
また、中心軸を中心に、水流翼の一部のみが水流に露出するようにし、反対側は水流に露出しないようにすることにより、水流翼が受ける水流の抵抗を最小限にし、効率的に水流が利用できる効果を達成するなど、多くの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明が採用された水流エネルギー変換装置の概念図である。
【図２】本発明が採用された水流エネルギー変換装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施例に係る浮遊体の斜視図である。
【図４】本発明の実施例に係る水流翼の斜視図である。
【図５】本発明の実施例に係る支持フレームの斜視図である。
【図６】本発明の実施例に係る中心軸の結合図である。
【図７】本発明の実施例に係る伝動連結具及び回転連結具の説明図である。
【図８】本発明の実施例に係る回転伝達具の説明図である。
【図９】本発明の実施例に係る発電機の説明図である。
【図１０】本発明の実施例に係る支持ガイドの斜視図である。
【図１１】本発明の実施例に係る案内翼の説明図である。
【図１２】本発明の実施例3に係る水流エネルギー変換装置の斜視図である。
【図１３】本発明の実施例3に係る水流発電柱の斜視図である。
【図１４】本発明の実施例3に係る水流発電柱の端面図である。
【図１５】本発明の実施例3に係る水流発電ユニットの部分斜視図である。
【図１６】本発明の実施例3に係る水流発電ユニットの部分断面図である。
【図１７】図16のAから見た側面断面図である。
【図１８】図16のBから見た側面断面図である。
【図１９】図16のAから見た他の実施例に係る側面断面図である。
【図２０】本発明の実施例3に係る水流発電機の分解説明図である。
【図２１】本発明の発電機の一実施例の概念図である。
【図２２】従来発明の図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための具体的な内容を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本発明を説明するにあたって、本発明の水流エネルギー変換装置は、水流エネルギーが発生する位置が陸地に近いなど、電力線の架設が容易である場所では、水流エネルギーを、回転力を含む機械的エネルギーに変換して、この機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する、電気を利用する発電装置として、電力線の架設が難しい場所では、機械的エネルギーを直接理由して空気を圧縮することにより、圧縮された空気の物理的なエネルギーに変換して保存する装置として、この2つの形態で実施されるか、又は、この2つの形態を複合した複合型として実施されるが、何れにおいても、水流エネルギーを、回転力を含む機械的エネルギーに変換することに共通点がある。
【００２７】
従って、本説明においては、水流エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として実施される場合を中心に説明し、機械的エネルギーを直接利用して空気を圧縮する装置については、空気圧縮機等の公知技術を参照して頂くことにする。また、上記先行技術文献に記載された公知の機能を有する伝動装置および回転力伝達装置等に関する詳細な説明を省略し、当該機能や構成に関する具体的な説明については、先行技術文献である韓国公開特許公報10-2004-0033161号、韓国登録特許10-1050134号、韓国公開特許公報10-2011-0086676号、韓国登録特許10-1037711号を参照して頂くことにする。
【００２８】
図1は、本発明が採用された、水流エネルギーを電気エネルギーに変換する水流エネルギー変換装置の概念図であり、図2は、本発明が採用された水流エネルギー変換装置の斜視図であって、本発明が採用された水流エネルギー変換装置を示している。
【００２９】
図1及び図2に示されたように、海に設置される本発明の水流エネルギー変換装置1は、流動体2である海水の浮力によって液体の上に浮いている浮遊体3と、前記浮遊体3に設置され、水位の変化に伴う浮遊体の位置変化に応じて水流柱を長さ方向に摺動できるように支持する3つ以上の支持ガイド40と、流体の流れの力に抵抗する強度を有する中心軸と、中心軸の外側に結合され、水流によって回転する複数の水流翼20を含み、全体的に水流に対して抵抗しつつ柱の役割をする3つ以上の水流柱5と、上端の一部分が浮遊体3の支持ガイド40に挿入され、前記浮遊体3の支持ガイド40に長さ方向に摺動できるように支持され、先端が水面下に形成される地面に支持されている前記3つ以上の水流柱5と、浮遊体3と水流柱5と水面下に形成される地面とがトラス型の構造物を形成し、水流の力によって曲げられる前記水流柱5を微分（differential）して水流翼20の回転中心軸を直線化する微分手段と、微分手段によって微分された隣接する微分要素間の回転力を伝達する回転力伝達手段とを含み、前記水流柱5の中心軸30または水流翼20に連結され、中心軸又は水流翼の回転力を含む機械的エネルギーを電気エネルギー又は物理的なエネルギーに変換するエネルギー変換装置を備える。
【００３０】
ここで、水流柱5を微分（differential）して水流翼20の回転中心軸を直線化することの意味は、数学的に曲線を微分すると、一定の傾きを持つ直線になるのと同様であって、水流によって曲げられる水流翼20の全体回転中心軸を、一定の傾きを持つ直線に分けて、単位回転中心軸を直線に近づけるという意味である。
【００３１】
前記微分手段のうち、第1実施例における微分手段は、中心軸30を一つの剛体として形成し、中心軸30に軸受で支持されて、相対摺動しつつ回転する複数の水流翼20であり、回転力伝達手段は、図1と図6に示されたように、各水流翼が相対曲げされることが可能なように連結する回転伝達具27であることができる。このとき、回転伝達具27は、図5に示された各水流翼に形成されている回転伝達ホール23に2つ以上が挿入されて回転を伝達させることが好ましく、回転伝達具27は、図8に示されたように、伸縮可能であることから、各水流翼が水流によって曲げられる回転中心軸に追従しつつ互いに傾いた状態で回転し、回転力を伝えることができる。
【００３２】
一方、図2においては、支持ガイド40の外周に形成された、図10に図示の支持ガイドギア41を介して回転力を伝達するようになっているが、支持ガイドの外径が大きくて、支持ガイドギア41の形成等に費用が多くかかるため、支持ガイド40に近いところの水流翼20は、後述する第2実施例の微分手段のように、中心軸30と水流翼20とが相対回転しないように一つの剛体として形成し、該水流翼20に隣接する下部の水流翼を回転伝達具27に連結し、下部の中心軸30は、回転力が伝達されないように回転具38で連結することにより、全ての水流翼の回転力が上部の中心軸30に伝達されることになり、図6に示されたように、上部の中心軸30に回転伝達ギヤ45を軸方向に摺動可能に設けて、回転力を伝達することにより、回転力伝達装置におけるギアのサイズを小さくして製作コストを低減することができる。
【００３３】
また、他の第2実施例における微分手段は、図7に示されたように、中心軸30と水流翼20とが相対回転しないように一つの剛体として形成され、複数の要素に分割された中心軸30と水流翼であり、回転力伝達手段は、各々の分割された中心軸30が、一緒に回転できるが、曲げが防止されるように、ユニバーサルジョイント等のような回転ジョイント37を含む伝動連結具31にて連結し、各中心軸30が水流によって曲げられる回転中心軸に追従して互いに傾いた状態で回転しつつ回転力を伝えることができる。この伝動連結具31は、図7の左図に示されたように、分割された中心軸30が挿入する軸挿入ホール33、及び、分割された中心軸30の下端に形成される下端支持カラー32と、分割された中心軸30の上端に形成される上端支持カラー32とが挿入する支持カラー挿入ホール34が形成され、挿入された中心軸30が互いに曲げられないように支持する支持スリーブ39と、支持スリーブ39の内部に形成され、下端支持カラー32と上端支持カラー32とを回転可能に連結するユニバーサルジョイント等のような回転ジョイント37からなる。
【００３４】
この時、地面と接する部分の中心軸は、地面に回転力が伝達されないように、図7の右図に示されたように、回転ジョイント37のない回転連結具38にて、相対回転は可能でありながら曲げが防止されるように連結される。
【００３５】
このような構成から、浮遊体3と3つ以上の水流柱5と水面下に形成される地面6が、剛性を持つ1つの構造体となり、3つ以上の脚を持つテーブルが地面に固定されるように、別の支持体がなくても水面下に形成される地面6に固定され、水流による浮遊体3の移動によって水流柱5が曲げられるとしても、曲げによる円弧を微分する形になることから、直線軸を中心に回転することになる。
【００３６】
また、図2、図3、及び図10を参照すると、本発明の浮遊体3には、支持ガイド40が挿入される支持ガイド挿入ホール11と発電軸挿入ホール12とが形成され、支持ガイド挿入ホール11には、図10に図示の支持ガイド40が回転可能に挿入され、この支持ガイドの外側には、支持ガイドギア41が形成され、内側には、水流柱出入ホール43と、水流柱に形成された回転伝達溝25に係合し、水流柱5の回転を支持ガイド40に伝達する回転伝達突起42とが形成される。
【００３７】
また、支持ガイド40の回転は、支持ガイドギア41を経て、発電軸挿入ホール12に係合して回転し、図9に図示の発電装置50に形成された発電ギア53に伝達されることにより、発電機軸52を回転させ、発電機軸52が回転することによって発電機51で発電を行われる。図面には示されていないが、発電機の外側は当然ながら浮遊体3に固定される。
【００３８】
また、図4及び図5に示されたように、水流翼20は、翼が装着される翼装着溝26と、隣接する水流翼と相対曲げ可能であるように連結する伸縮可能な回転伝達具27が挿入される回転伝達ホール23と、支持ガイド40の回転伝達突起42が係合する回転伝達溝25と、中心軸30が挿入される中心軸挿入ホール24が形成された支持フレーム22と、複数の支持フレーム20の翼装着溝26に結合され、一定の曲率を持つ翼29と、からなり、図面には示されていないが、この水流翼20と中心軸30とが相対摺動しつつ回転する場合は、支持フレーム20と中心軸30との間に軸受が設けられる。
【００３９】
このように、本発明は、全体的に水流に抵抗しつつ回転する柱の役割をする3つ以上の水流柱5と、水流の力によって曲げられる前記水流柱5を微分（differential）して水流翼20の回転中心軸を直線化する微分手段と、隣接する微分された要素の回転力を伝達する回転力伝達手段とを含むことから、水流によって浮遊体が移動することにより、水流柱5が全体的に湾曲されるとしても、水流柱5の全体に比べて回転部分の長さが短くて単位回転部分の回転中心軸はほぼ直線になり、水流によって湾曲された水流柱5に追従して回転しつつ回転力を伝えることができる。
【００４０】
従って、本発明は、図1に示されたように、浮遊体3の上面で水流柱5を支持ガイド40に係合して海底の地面に固定するだけで、浮遊体3と支持ガイド40と水流柱5とが形成するトラス型の構造物が形成され、この構造物が、3つ以上の脚の長さを調節できる机が平らでない地面に固定されるように、底面に固定されることから、海水の深さの差による底面のばらつきや、潮の干満の差によって海水の水位変化による浮遊体3の上昇（図1において（２）で表示）や、強い水流の影響による浮遊体3の位置変化（図1において（１）で表示）に抵抗する応力（図1において（４）及び（５）で表示）を発生させることにより、浮遊体3の位置変化に影響を受けずに、浮遊体3と支持ガイド40と水流柱5との間での一定な角度（図1において（６）で表示）や、これらの形成する構造物の形状を維持しつつ、底面から水面まで全ての領域で流れる水流のエネルギーを変換することができる。
【００４１】
また、ダムのように所定の区域全てを閉鎖することなく、一部分にのみ水流柱5を形成することができることから、海水の流動や魚類等の生物の流動を邪魔せず、環境を損なわずに発電を行うことができる。
【００４２】
なお、本発明において、水流とは、水流や川の流れ等の液体の流れを意味する。
また、浮遊体3の上に設置されるクレーン（図示せず）などで単位長さの水流柱5を連結し続けて、水流柱5の先端が底面に当たるまで全体的な水流柱5を形成することになるため、施工やメインテナンスが容易である。
【００４３】
このとき、翼29は、その断面を円弧形状など抵抗の少ない形状にすることにより、円筒状の水流翼31だけでも水流によって効率的に回転できるようにすることが好ましい。
また、本発明では、前記円筒状の水流翼20が、より効率的に水流を利用できるように、筒状の水流翼20の一部を覆うことにより、中心軸を中心に、水流翼の一部だけが水流に露出され、反対側は水流に露出されないようにする水流案内手段を設けることができ、この水流案内手段は、図11に示されたように、浮遊体3の一端が固定され、他端が隣接する2つの中心軸30に支持され、円筒状の水流翼20の一部を覆うことにより、中心軸を中心に、水流翼の一部だけが水流に露出され、反対側は水流に露出されないようにする長方形の案内翼であることが好ましいが、この場合は、隣接する2つの水流翼20の中心軸30と案内翼とをヒンジで連結して、2つの水流翼20の中心軸30と案内翼とが1つの剛体のように挙動させて、水流によってその相対位置が変更しないようにすることが好ましい。
【００４４】
図12は、本発明が採用された別の実施例である第3実施例の水流エネルギー変換装置の斜視図であり、図13は、第3実施例の発明が採用された水流発電柱の斜視図であって、第3の実施例の発明が採用された水流エネルギー変換装置1を示している。図12において、海に設置される第3実施例の発明の水流エネルギー変換装置1は、流動体2である海水の浮力によって液体の上に浮いている浮遊体3と、前記浮遊体に設置される3つの以上の支持ガイド114と、図13に示されたように、流体の流れの力に抵抗する強度を持つ中心軸121と、中心軸121の外側に結合され、水流によって回転する水流翼131とを含み、全体的に水流に抵抗し、柱の役割をする3つ以上の水流柱120と、前記水流柱120の上端の一部が浮遊体113に結合した支持ガイド114に挿入され、前記支持ガイド114に長さ方向に摺動できるように支持され、先端は水面下に形成されている地面に支持され、浮遊体113と水流柱120と水面下に形成される地面とがトラス型の構造物を形成し、水流の力によって曲げられる前記水流柱120を複数の水流翼ユニット135単位で微分（differential）して、水流翼131の回転中心軸を直線化する微分手段と、微分手段によって微分された隣接する微分要素間の回転力を伝達する回転力伝達手段とを含み、前記水流柱120の中心軸121又は水流翼131に連結され、中心軸又は水流翼の回転力を含む機械的エネルギーを電気エネルギー又は物理的なエネルギーに変換するエネルギー変換装置を備えることを特徴とする水流エネルギー変換装置として構成される。
【００４５】
図14及び図16は、本発明の実施例3に係る水流柱120の断面図であって、本発明による水流柱120が、前記流体の流れの力に抵抗する強度を持つ中心軸121；と、中心軸121に軸受で回転可能に支持される回転支持体133に支持され、中心軸121と平行に等間隔に複数のブレード132が設けられる円筒状の水流翼ユニット135と、前記水流翼ユニット135が1つ又は複数個結合して形成される水流翼131と、前記水流翼131の側面に支持されて水流翼131と共に中心軸121を中心にして回転し、磁力線を発生させる磁力発生手段を備えるロータ151と、前記ロータ151の内部に設けられ、発電コイルを内蔵するステータ152とを具備する発電機150が結合して形成される水流発電ユニット130；を形成し、前記水流発電ユニット130が1つ又は複数個結合して水流発電柱モジュール127を構成し、前記水流発電柱モジュール127が1つ又は複数個結合して水流柱120が構成されるものであって、全体的に中心軸121に支持される直径が均等な一つの円形パイプ形状の水流柱120が形成されることから、全体的に力を受ける柱の役割をすることができることが示されている。
【００４６】
また、水流柱120は、水流翼131の側面に支持されて水流翼131と共に中心軸121を中心にして回転するロータ151と、前記ロータ151の内部に設けられ、発電コイルを内蔵するステータ152とを具備する発電機150で構成されることから、水流によって浮遊体が移動することにより、水流柱120が全体的に湾曲されるとしても、水流柱120の全体に比べて発電機の部分の長さが短くて発電機の部分はほぼ直線になるため、ロータ151とステータ152との間の間隙が変化せずに発電を行うことができる。
【００４７】
また、図13、図16、図17、図18、及び図19に示されたように、前記浮遊体に固定設置される3つ以上の支持ガイド114にはガイド溝115が形成され、前記水流柱120には、水流発電柱モジュール127の境界で各水流発電柱モジュール127を連結する支持フランジ125が形成されることから、水流柱120を水流発電柱モジュール127の単位で分解・結合することができ、施工やメインテナンスが容易であり、かつ、各支持フランジ125には、前記ガイド溝115に係合される支持突起126が形成され、前記支持突起126がガイド溝115に係合されることから、水流柱120を支持ガイドの長さ方向のみに移動できるようにし、水流によって水流柱120が回転しないようにする。なお、支持フランジ125は中心軸121に結合しているが、支持フランジ125を中心軸121から外して、水流翼ユニット135とロータを中心軸121の長さ方向に取り外したり取り付けられるように、中心軸121にねじ結合していることが好ましい。
【００４８】
図示していない浮遊体の上に設置されるクレーンなどで単位長さの水流発電柱モジュール127を連結し続けつつ水流柱120の先端が底面に当たるまで全体の水流柱120を形成していくことから、施工やメインテナンスが容易であり、水流柱120の長さに関係なく、同一の製造金型だけで水流柱120全体の製造が可能であり、製造金型の種類が少なくなり、かつ、簡単になり、製造コストを大幅に下げる効果が達成できる。
【００４９】
なお、浮遊体113は、製造コストを低減するために、単位浮遊体ブロックを複数個連結して全体の浮遊体113を形成することが好ましい。
【００５０】
図15は、本発明の実施例に係る水流発電ユニットの部分斜視図であり、図5は、本発明の実施例に係る水流発電ユニットの部分断面図であり、図17は、図5のAから見た側面断面図であり、図18は、図16のBから見た側面断面図である。
【００５１】
上記図面に示されているように、本発明の実施例において、水流柱120の水流翼131には、ロータ151を隠蔽し、水流翼131と同外径のロータ151の締めくくり部材である隠蔽部137が形成される。
【００５２】
また、前記水流翼131の側面には、前記水流翼131と共に回転し、磁力線を発生させる磁力発生手段を備え、外径が水流翼131の外径よりも小さいロータ151が形成され、具体的には、前記水流翼131の側面に形成されて水流翼131の外径と同じ仮想円周を有する隠蔽部137の内側に設けられる。また、前記ロータ151の内部には、発電コイルを内蔵するステータ152が設けられ、発電機150を構成する。
【００５３】
この時、ブレード132は、その断面を円弧形状や抵抗の少ない形状にすることにより、円筒状の水流翼131だけでも水流によって効率的に回転できるようにすることが好ましい。
【００５４】
また、設置場所によって、水流柱120の曲げが水流発電ユニットの曲げ限度を超える構造が必要な場合は、隣接する水流翼ユニット135が互いに曲げられるように、連結具136として、弾性を持つゴムにネジを埋め込んだゴム棒やユニバーサルジョイントを付加した連結具を使用するか、又は、互いに隣接する水流翼ユニット135を回転ヒンジで連結して水流翼131の全体が曲げられるようにすることが好ましい。
【００５５】
一方、図19は、図16のAから見た本発明の他の実施例に係る側面断面図であり、図示されているように、中心軸121の断面が「L」字等のように直接的に回転軸の構造になれない形鋼構造の場合は、形鋼121と軸受133との間に形状補完具122を挿入して円形に補完する。また、支持フレーム125には、支持突起126が形成され、支持ガイド114のガイド溝126に結合して、水流発電ユニット130に影響を及ぼさずに、長さ方向に移動できることが示されている。
【００５６】
なお、円筒状の水流翼ユニット135は、プラスチックやアルミ等の軽金属で形成することが好ましく、水中の貝や他の付着生物が付着して生息できないように防虫処理をすることが好ましい。
【００５７】
また、図21に示されているように、本発明の発電機は、永久磁石153、又は永久磁石と界磁コイルとが結合した構造の回転界磁を形成するロータと、前記ロータ151の内側に一定の隙間をあけて設けられ、発電コイルを内蔵するステータ152とからなり、発電によって出力される電気は、中心軸121に形成される空間に電線を配置することにより、バッテリー等に誘導することが好ましい。
【００５８】
また、本発明では、前記円筒状の水流発電ユニット130がより効率的に水流を利用できるようにするために、閉鎖翼140を設けることができるが、閉鎖翼140に関しては、前記中心軸121に回転可能に支持される複数の回転フレーム141と、前記回転フレーム141に支持され、円筒状の水流発電ユニット130を覆うように円筒外周面142の一部が開口された円筒状の閉鎖翼140とを形成することにより、水流によって中心軸121を中心にして円筒状の水流発電ユニット130の外側で回転するように設ける。
【００５９】
この閉鎖翼140は、円筒状の水流翼131の一部を覆うことにより、回転軸を中心に、水流翼の一部のみが水流に露出し、反対側は水流に露出しないようになり、水流翼が受ける水流の抵抗を最小限にし、効率的な発電を行うことができる。この時、開口した円筒外周面142にはセーフティネットを設置することにより、海洋生物の侵入を防止し、人の手等が水流翼に接触しないようにすることが好ましい。
【００６０】
また、図14、図15、及び図16に示されているように、前記閉鎖翼140の外側先端には、閉鎖翼140を直角に曲げた形の方向翼143が形成され、この方向翼143は、閉鎖翼140が風向に応じて回転するようにするため、露出する水流翼130は水流に正面が露出することになり、効率的な発電を行うことができ、方向翼143は、閉鎖翼140の外側先端で閉鎖翼140を直角に曲げた形になることから、水流による曲げ強度を大きくして、閉鎖翼140が水流翼130に干渉しないようにすることもできる。
【００６１】
なお、閉鎖翼140は、薄板で形成され、水流翼131とは小さい間隔を置いて設置されている。
【００６２】
一方、図20は、本発明の他の実施例に係る水流発電機の部分の分解説明図であって、図示されたように、水流翼ユニット135、ロータ151、ステータ152を2つ以上の部分に分割するか、又は、中心軸121を2つ以上の部分に分割することにより、中心軸121と干渉せずに分解・組み立てできるようにし、構造物の設置やメインテナンスを容易にする。
【００６３】
また、上記のように分割される複数の円筒状の水流翼ユニット135等を連結具136で連結して円筒状の水流翼131を形成する場合には、前記水流翼ユニット135、ロータ151、ステータ152は、円弧方向に2つ以上の部分に分割される分割面を備え、隣接水流翼ユニット135の分割面は、組み立てられて隣接する隣接水流翼ユニット135の分割面に対して90度だけ回転して組み立てされることにより、分割面がずれるようにして、分割面が一直線に並ぶことにより発生する結合強度の低下を防止することが好ましい。
【００６４】
本発明は、上述した特定の好ましい実施例に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能であることはもちろん、そのような変更は、請求の範囲の記載の範囲内になる。
【符号の説明】
【００６５】
1：水流エネルギー変換装置
2：流動体
3：浮遊体
4：水面
5：水流柱
6：地面
11：支持ガイド挿入ホール
12：発電軸挿入ホール
20：水流翼
22：支持フレーム
23：回転伝達ホール
24：中心軸挿入ホール
25：回転伝達溝
26：翼装着溝
27：回転伝達具
29：翼
30：中心軸
31：伝動連結具
32：下端支持カラー
33：軸挿入ホール
34：支持カラー挿入ホール
36：上端支持カラー
37：回転ジョイント
38：回転連結具
39：支持スリーブ
40：支持ガイド
41：支持ガイドギア
42：回転伝達突起
43：水流柱出入ホール
44：支持円筒
45：回転伝達ギア
50：発電装置
51：発電機
52：発電機軸
53：発展ギア
54：発電機支持棒
60：案内翼
61：案内翼挿入ホール
114：支持ガイド
115：ガイド溝
120：水流発電柱
121：構造形材
122：形状補完具
123：軸受
125：支持フレーム
126：支持突起
127：水流発電柱モジュール
130：水流発電ユニット
131：水流翼
132：ブレード
133：回転支持体
135：水流翼ユニット
136：連結具
137：隠蔽部
140：閉鎖翼
141：回転フレーム
142：円筒外周面
143：方向翼
150：発電機
151：ロータ
152：ステータ
153：永久磁石
【図１】
2015510088.tif 000003
【図２】
2015510088.tif 000004
【図３】
2015510088.tif 000005
【図４】
2015510088.tif 000006
【図５】
2015510088.tif 000007
【図６】
2015510088.tif 000008
【図７】
2015510088.tif 000009
【図８】
2015510088.tif 000010
【図９】
2015510088.tif 000011
【図１０】
2015510088.tif 000012
【図１１】
2015510088.tif 000013
【図１２】
2015510088.tif 000014
【図１３】
2015510088.tif 000015
【図１４】
2015510088.tif 000016
【図１５】
2015510088.tif 000017
【図１６】
2015510088.tif 000018
【図１７】
2015510088.tif 000019
【図１８】
2015510088.tif 000020
【図１９】
2015510088.tif 000021
【図２０】
2015510088.tif 000022
【図２１】
2015510088.tif 000023
【図２２】
2015510088.tif 000024
【国際調査報告】
2015510088.tif 000025
2015510088.tif 000026
2015510088.tif 000027
2015510088.tif 000028