(57)【要約】【課題】  本発明は、従来の大掛かりな海中に設置された潮流発明装置では潮流エネルギーを安価に電力に変換することができなかったという問題点を解決するために提案されたもので、潮流を有効に集水し電力に変換することができ、設備費が安価で、発電電力を安くすることのできる潮流発電設備を提供することを目的とする。【解決手段】  そのために、本発明の潮流発電設備は、発電用の水車と発電機と拡散装置とを有する浮遊式の潮流発電装置と、海底に固定された係留アンカーと、該係留アンカーに回転自在に設けられた係留ガイドヨークと、前記係留ガイドヨークと前記潮流発電装置の前方とを連結する係留チェーンとを備えたことを特徴とする。【選択図】    図１
2005351201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用の水車と発電機と拡散装置とを有する浮遊式の潮流発電装置と、海底に固定された係留アンカーと、該係留アンカーに回転自在に設けられた係留ガイドヨークと、前記係留ガイドヨークと前記潮流発電装置の前方とを連結する係留チェーンとを備えたことを特徴とする浮遊式の潮流発電設備。
【請求項２】
前記潮流発電装置が１８０°以上旋回しないように、前記浮遊式の潮流発電装置の後部と前記係留アンカーとを連結するストッパチェーンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の浮遊式の潮流発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海中に設けられ、潮流を有効に集水し電力に変換することができ、潮流の方向に対応して向きを自動的に変えることができる潮流発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
潮流発電は、無尽蔵なクリーンエネルギーとして注目を浴びており、色々な提案がなされ、例えば、図８に示すような固定式の海中水力発電プラントが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図８に示すように、プラットフォーム１０１は、伸長具１１２によって海底に水平に配置された、引張り力を加えた四つの脚１０２により海底に支持されている。プラットフォーム１０１は、複数のタービン／発電機１０３を懸架して支持する状態にて示してある。
タービン／発電機１０３は、垂直柱１０６によりプラットフォーム１０１から懸架される一方、該垂直柱は、可動のキャリッジ１０８により支承されている。この可動のキャリッジ内には、タービン／発電機の昇降を行うことの出来るジャッキ機構が設けられている。
なお、１２２は、タービンハウジングである。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１０２３７号公報（段落〔００１０〕、〔００１１〕、及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８に図示のような従来のものでは、四つの脚、プラットフォーム等の設備が大掛かりで設備費が高価であるため、発電電力単価が高くなり実用化されにくいという問題があった。
本発明は、このような問題点を解決するために提案されたもので、潮流を有効に集水し電力に変換することができ、設備費が安価で、発電電力を安くすることのできる潮流発電設備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】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、特許請求の範囲に記載された各発明は、潮流発電設備として、それぞれ以下の（１）〜（２）に述べる各手段を採用したものである。
【０００７】
（１）第１の手段に係る潮流発電設備は、発電用の水車と発電機と拡散装置とを有する浮遊式の潮流発電装置と、海底に固定された係留アンカーと、該係留アンカーに回転自在に設けられた係留ガイドヨークと、前記係留ガイドヨークと前記潮流発電装置の前方とを連結する係留チェーンとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
（２）第２の手段の潮流発電設備は、第１の手段において、前記潮流発電装置が１８０°以上旋回しないように、前記浮遊式の潮流発電装置の後部と前記係留アンカーとを連結するストッパチェーンを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
特許請求の範囲に記載の各請求項に係る発明は、上記の（１）、（２）に記載の各手段を採用しているので、それぞれ以下のような効果を有する。
【００１０】
（１）請求項１に係る発明は上記第１の手段を採用しており、潮流を効果的に集水し、拡散装置内を流れる海水の量或いは流速を大きくすることができ、潮流を有効且つ効果的に電力に変換できると共に、潮流発電装置をチェーン等により設置することにより、設置が簡単で安価な潮流発電設備を得ることができる。
【００１１】
（２）請求項２に係る発明は上記第２の手段を採用しており、請求項１に係る発明の効果に加え、潮流の流の方向の変化に対応して、確実に浮遊式の潮流発電装置の向きを自動的に旋回させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜７を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る潮流発電設備の全体斜視図、図２は、本発明の実施の形態に係る拡散装置の拡大斜視図である。
図３は、本発明の実施の形態に係る強い潮流の時の作動説明図、図４は、弱い潮流の時の作動説明図、図５は、反対方向の強い潮流の時の作動説明図である。
図６は、本発明の実施の形態に係る集水装置を供えた拡散装置の第１の変形例の拡大斜視図、図７は、本発明の実施の形態に係る集水装置を供えた拡散装置の第２の変形例の拡大斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、海底１２には、細長い係留アンカー９が固定されている。
この固定方法は、図示略の多数の杭を海底１２に打ち込み、その杭の上端に係留アンカー９を固定する周知の方法によって行われる。
また、細長い係留アンカー９は、設置海域の潮流の方向を考慮し、最も速い潮流の方向に対して直角の方向に向けて設置するのが望ましい。
【００１４】
係留アンカー９の一方端部の上面には、ガイドヨーク支持軸１４を介して両横に長い腕を有する係留ガイドヨーク８が旋回自在に設けられている。
この旋回機構としては、係留ガイドヨーク８とガイドヨーク支持軸１４とを固定し、係留アンカー９に旋回自在に設けても良く、或いは、ガイドヨーク支持軸１４を係留アンカー９に固定し、係留ガイドヨーク８を旋回自在にガイドヨーク支持軸１４に設けても良い。
【００１５】
一方、係留ガイドヨーク８の上方の海水中には、浮遊式潮流発電装置１が配設されている。
この浮遊式潮流発電装置１は、コーン状の拡散装置４と、拡散装置４内の前方に水車支柱１６を介して設けられたナセル１７と、ナセル１７の後端に設けられたプロペラ（水車、又はタービン）３と、拡散装置４の上部に設けられた浮力室１５とにより構成されている。
【００１６】
拡散装置４は、図２に図示のように、前端の開口部の断面積が小さく後端の開口部の断面積が大きいコーン状（角錐台状）となっている。
そして、拡散装置４は、台形状の天板２０と、天板２０に平行な底板２３と、天板２０及び底板２３の両側端辺に取り付けられた側板２１及び側板２２と、側板２１及び側板２２から延在する側板延長部２４とにより構成されている。
また、天板２０と底板２３との後端には、図１に示すように、変形を防止するために補強用の支柱１３が取り付けられている。
【００１７】
なお、底板２３は天板２０に対して平行に配設されているが、この平行とは概ね平行であれば良く、例えば、天板２０に対する底板２３の傾斜角度が±１０°以内のものも含むものとする。
また、拡散装置４は、断面が長四角の角錐台の形状となっているが、これに限定されるものではなく、図２に示すように、前端付近の角部に丸みを持たせるようにしても良く、全ての角部を丸みを持たせるようにしても良い。
更には、側板２１及び側板２２を各々半円筒状のものとしても良い。
【００１８】
そして、拡散装置４の前端の開口部の最大幅Ｄ（即ち図２に図示の場合は、天板２０の台形状の台形上辺の幅Ｄ）と、拡散装置４の長さＬ（即ち図２に図示の場合は、天板２０の台形状の台形高さＬ）との比Ｌ／Ｄは、Ｌ／Ｄ＝２．０とし、拡散装置４の側面の開き角度θは１５°（即ち、側板２１と側板２２との配設角度は３０°）とするのが最も好ましく、後述するように、潮流の集水量即ち拡散装置４内を流れる海水の量が最も多い。
【００１９】
この場合、拡散装置４の前端の開口部の最大幅Ｄと長さＬとの比Ｌ／Ｄは、１．５≦Ｌ／Ｄ≦２．５の範囲であれば、拡散装置４内を流れる海水の量を増加させることができる。
【００２０】
更に、各側板２１及び側板２２の開き角度θは、１０°≦θ≦２０°の範囲であれば、拡散装置４内を流れる海水の量を増加させることができる。
なお、開き角度θが１０°≦θ≦２０°の範囲とは、２０°≦側板２１と側板２２との配設角度≦４０°の範囲であることを意味する。
【００２１】
拡散装置４の形状を上述のコーン形状とすることにより、次のように拡散装置４内を流れる海水の量又は流速を大きくすることが可能となる。
即ち、拡散装置４の断面積の小さい前端の開口部から流入した海水は、次第に断面積が広くなるため、流速は遅くなる。
一方、拡散装置４の外側を流れる潮流は、外側に傾斜した側板２１及び側板２２により流速が速くなる。
【００２２】
そして、拡散装置４の後方の出口付近では、流速が速くなった拡散装置４の外側を流れる潮流により、拡散装置４の後方の出口付近に負圧が発生する。
すると、拡散装置４内を通過する海水は、この負圧により吸い寄せられるように流速が増加する。
このようにして、プロペラ３を通過する海水の量或いは流速は、増加させられるため、プロペラ３の回転力及び発電機２の発電電力を効果的に増加させることが可能となる。
【００２３】
なお、拡散装置４の前端の開口部の最大幅Ｄと長さＬとの比Ｌ／Ｄが１．５より小さい場合、拡散装置４がないものと実質的に同じようなプロペラ３の回転力しか得られないため、拡散装置４を設ける意味がなくなる。
比Ｌ／Ｄが２．５より大きい場合、拡散装置４の後方の出口付近に発生する負圧が、拡散装置４の後部出口の中央に届かず、逆流が発生するようになるので不具合である。
【００２４】
また、側板２１及び側板２２の開き角度θが１０°（即ち側板２１と側板２２との配設角度が２０°）より小さい場合、拡散装置４の後方の出口付近に発生する負圧が不十分となり、有効にプロペラ３を通過する海水の量或いは流速は、効果的に増加させることができない。
開き角度θが２０°（即ち側板２１と側板２２との配設角度が４０°）より大きい場合、逆に、拡散装置４の外部から拡散装置４の後部に海水が流れ込むようになり、プロペラ３を通過する海水の量或いは流速が減少するため不具合である。
【００２５】
拡散装置４の外形形状は、上述のごとく角型となっている。
しかし、内部は、プロペラ３に効率良く潮流が流れ込むように、断面内壁は、横断面の形状が円筒形状となっている。
即ち、天板２０の中心部の前後方向の垂直断面形状は、前端で薄く、プロペラ付近で最も厚く、後端で薄くなるような、内側に突出した流線形状となっている。
更に、側板２１及び側板２２の水平断面形状も、前端で薄く、プロペラ付近で最も厚く、後端で薄くなるような、内側に突出した流線形状となっている。
そして、天板２０、側板２１、側板２２の外壁と内壁との隙間は、浮力室が形成されているか、或いは、軽い発泡樹脂等が充填されている。
【００２６】
拡散装置４の内部前方の天板２０と底板２３との間には、水車支柱１６が取り付けられている。
そして、水車支柱１６の中央には、流線型状のナセル１７が取り付けられている。
このナセル１７の後方には、固定ピッチ型のプロペラ（水車、タービン）３が回転自在に取り付けられている。
ナセル１７内には、プロペラ３の回転力を増速或いは減速し、後述する発電機２に伝達するための増速歯車（或いは減速歯車）及び傘歯車が配設されている。
【００２７】
拡散装置４の上部には浮力室１５が設けられ、浮力室１５内には誘導発電機等の発電機２が配設されている。
この浮力室１５は、浮遊式潮流発電装置１が海水中に浮遊できる或いは浮き上がる程度の浮力を有している。
また、浮力室１５は、その内部が前後左右に液密に分割されており、浮遊式潮流発電装置１が概ね水平に浮遊するように調整できるようになっている。
【００２８】
拡散装置４の材質は、全体を金属性としても良く、発電機２、各種伝達歯車、回転軸等の機械類の支持部及び各チェーンとの接合部のみを金属製とし、その他の部分はカーボンファイバー等の合成樹脂性としても良い。
【００２９】
上述の構成により、拡散装置４内を流れる海水によりプロペラ３は回転させられ、その回転力は増速歯車（或いは減速歯車）、傘歯車、水車支柱１６内の伝達軸を介して発電機２に伝達される。
なお、発電機２は、必ずしも浮力室１５内に設ける必要はなく、ナセル１７内に設けるようにしても良い。
また、プロペラ３は、ナセル１７の後方でも良く、前方でも良い。
【００３０】
発電機２により発電された電力は、電線１０を通じて、陸上等に設置された制御装置１８に送電される。
なお、電線１０は、電線保護管１１により保護されている。
制御装置１８には、発電機２により発電された電力の周波数を商用周波数に変換する周波数変換器等が設けられている。
【００３１】
また、電線１０は、送電用の送電線のみならず、浮遊式潮流発電装置１内に設けられた各種の状態検出器からの信号を送信する信号用電線も有している。
更に、ナセル１７へのエアーパージ用として及び、浮力室１５に空気を、電線１０に併設された空気チューブにより制御装置１８から供給するようにすることにより、浮遊式潮流発電装置１の信頼性、耐久性が一層増す。
【００３２】
なお、プロペラ３は、固定ピッチ型のものに変えて可変ピッチ型としても良い。
そして、可変ピッチ型のプロペラ３と、誘導発電機型の発電機２とを組み合わせ、制御装置１８によりプロペラ３の回転数を所定の範囲内に納まるようにプロペラ３のピッチを制御することにより、高価な周波数変換器が無くても商用電源に接続し電力を供給することが可能となる。
【００３３】
そして、浮遊式潮流発電装置１の前方両側部と、係留ガイドヨーク８の両端部とは、係留チェーン６により各々連結されている。
また、浮遊式潮流発電装置１の前方中央上部と、係留ガイドヨーク８の中央部とも、浮遊式潮流発電装置１が異常に旋回しないように前方ストッパチェーン５により連結されている。
更に、係留アンカー９の他端（ガイドヨーク支持軸１４及び係留ガイドヨーク８が取り付けられている側の反対側）と、拡散装置４の後端下部（即ち、底板２３の後端）とは、後方ストッパチェーン７により連結されている。
【００３４】
この後方ストッパチェーン７の長さは、浮遊式潮流発電装置１が浮遊し、潮流の方向により自動的に反転する時に、１８０°より大きく旋回しないように、１８０°以下の旋回角度となるような長さとする。
即ち、１８０°より大きく旋回するような長さとすると、潮流の流の方向が反転した時に、浮遊式潮流発電装置１が反対側に旋回して、後方ストッパチェーン７が延びきった状態となり、浮遊式潮流発電装置１が潮流の流の方向に向かなくなる可能性があるからである。
なお、後方ストッパチェーン７の長さを、１８０°より小さい例えば１７０°前後に浮遊式潮流発電装置１が旋回するような長さとすることにより、潮流の流の方向が反転した時に、拡散装置４が、潮流の方向に対し、かならず、後方ストッパチェーン７側に傾いた（例えば５°）状態になるので、後方ストッパチェーン７側に旋回する旋回力が発生するため、より確実に自動的に反転させることができる。
【００３５】
次に、図３、図４、図５に基づき、潮流の方向に自動的に旋回する動作につき説明する。
図３に図示のように、例えば、図３の左（東）側から強い潮流（強東流）が流れていたとき、浮遊式潮流発電装置１は、図３の右（西）側に旋回する。
そして、強東流は、拡散装置４の前端から拡散装置４内に導入され、プロペラ３を回転させる。
このプロペラ３の回転力は、図１に図示の発電機２に伝達され発電を行う。
【００３６】
その後、潮流の流速が弱まり反転し、図４に図示のように、図４の右（西）側から弱い潮流（弱西流）が流れ始めると、浮遊式潮流発電装置１は、後方ストッパチェーン７が連結されている方向に旋回を始める。
【００３７】
なお、前方ストッパチェーン５、係留チェーン６等は、ワイヤー等の連結部材でもかまわないが、後方ストッパチェーン７は、比重の重い鉄（金属）製のチェーンであることが好ましい。
即ち、後方ストッパチェーン７を比重の重いチェーンとすることにより、潮流が弱くなった時に、後方ストッパチェーン７の自重により、浮遊式潮流発電装置１が自動的に後方ストッパチェーン７が連結されている方向に向くようになるからである。
【００３８】
そして、図５に図示のように、図４の右（西）側から強い潮流（強西流）が流れる時には、浮遊式潮流発電装置１は、図３に図示のものと反対方向（西）に旋回している。
強西流は、拡散装置４の前端から拡散装置４内に導入され、プロペラ３を回転させる。
このプロペラ３の回転力は、図１に図示の発電機２に伝達され発電を行う。
【００３９】
このようにして、浮遊式潮流発電装置１は、潮流の流れの方向に拡散装置４の前方が自動的に向くように旋回（反転）することにより、潮流を有効且つ効率的に電力に変換することが可能となる。
【００４０】
なお、浮遊式潮流発電装置１を海面付近に浮遊させ、上部の水車支柱１６と拡散装置４とを回転軸を介して連結し、且つ、下部の水車支柱１６を途中で分割できるようにしても良い。
このような構造とすることにより、上部の水車支柱１６、プロペラ３及びナセル１７を回転させて、海面上に持ち上げて保守、点検することが可能となる。
【００４１】
次に、図６、図７に基づき、変形例につき説明する。
【００４２】
図６に図示の第１の変形例において、図１、図２に図示のものと異なる点は、拡散装置４と同一形状の拡散装置３２の前方に、集水装置３１を追設した点にある。
なお、図１、図２に図示のものと同様に、係留アンカー９、ガイドヨーク支持軸１４、係留ガイドヨーク８、拡散装置４、プロペラ３、発電機２、前方ストッパチェーン５、後方ストッパチェーン７、係留チェーン６、電線１０、電線保護管１１、支柱１３、浮力室１５、水車支柱１６、ナセル１７、制御装置１８等を備えている。
【００４３】
なお、この第１の変形例の場合、前方ストッパチェーン５及び係留チェーン６は、拡散装置３２の前端ではなく、集水装置３１の前端に連結されている。
また、集水装置３１は、拡散装置３２と同じコーン形状としても良く、更には、集水装置３１の長さを短くしても良い。
このようにコーン形状の集水装置３１を拡散装置３２の前方に追設することにより、更に潮流を集水する能力を高めることが可能となる。
【００４４】
次に、図７に図示の第２の変形例において、図１、図２に図示のものと異なる点は、拡散装置３５を円筒台形状（コーン形状）とし、拡散装置３５の前方に、集水装置３４を追設した点にある。
なお、図１、図２に図示のものと同様に、係留アンカー９、ガイドヨーク支持軸１４、係留ガイドヨーク８、拡散装置４、プロペラ３、発電機２、前方ストッパチェーン５、後方ストッパチェーン７、係留チェーン６、電線１０、電線保護管１１、支柱１３、浮力室１５、水車支柱１６、ナセル１７、制御装置１８等を備えている。
【００４５】
この第２の変形例の場合、前方ストッパチェーン５及び係留チェーン６は、集水装置３４の前端に連結されている。
また、集水装置３４は、拡散装置３５と同じコーン形状としても良く、更には、集水装置３４の長さを短くしても良い。
このように円筒台形状の集水装置３４を拡散装置３５の前方に追設することにより、更に潮流を収集する能力を高めることが可能となる。
【００４６】
上述の本発明の実施の形態においては、浮遊式潮流発電装置１を係留チェーン６等により連結するという簡素な構造としている。
図８に図示のような従来のものでは、四つの脚、プラットフォーム等の設備が大掛かりで設備費が高価であるため、発電電力単価が高くなり実用化されにくいという問題があった。
更に、大きな四つの脚１０２が設けられているため、潮流の方向によっては潮流がタービンハウジング内に流入しにくいものとなっている。
そして、大掛かりな設備となるため、例えば、船舶が航行する区域等において、水深制限のある場所には設置できないという問題があった。
【００４７】
しかしながら、浮遊式潮流発電装置１を係留チェーン６等により連結するという簡素な構造とすることにより、潮流を有効且つ効果的に集水し、電力に変換できるという効果に加えて、浮遊式潮流発電装置１の設備費を大幅に安価にすることができると共に、大きな四つの脚１０２により潮流が妨げられることがなく、水深制限のある場所に設置することも可能となる。
【００４８】
なお、浮遊式潮流発電装置１は、必ずしもチェーンにより連結するものに限定されるものではなく、水深制限の無い海域、船舶の航行の邪魔にならない海域に設置する場合には、図８に図示のプラットフォームに、タービンハウジング１２２に替えて図１、図２に図示の浮遊式潮流発電装置１を配設することも可能である。
このような構造とすることにより、潮流を有効且つ効果的に集水し、電力に変換することが可能となる。
【００４９】
また、浮遊式潮流発電装置１を、海底に立設された支柱に、旋回軸を介して旋回自在に設けることも可能である。
更には、海底にアンカーチェーン等により係留され海上に浮遊する浮体から垂下された支柱に、旋回軸を介して旋回自在に設けることも可能である。
【００５０】
以上、本発明を、本発明の実施の形態の潮流発電装置について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る潮流発電設備の全体斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る拡散装置の拡大斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る強い潮流の時の作動説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る弱い潮流の時の作動説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る反対方向の強い潮流の時の作動説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る集水装置を供えた拡散装置の第１の変形例の拡大斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る集水装置を供えた拡散装置の第２の変形例の拡大斜視図である。
【図８】従来の海中水力発電プラントの斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１      浮遊式潮流発電装置
２      発電機
３      プロペラ
４      拡散装置
５      前方ストッパチェーン
６      係留チェーン
７      後方ストッパチェーン
８      係留ガイドヨーク
９      係留アンカー
１０    電線
１１    電線保護管
１２    海底
１３    支柱
１４    ガイドヨーク支持軸
１５    浮力室
１６    水車支柱
１７    ナセル
１８    制御装置
２０    天板
２１、２２  側板
２３    底板
２４    側板延長部
３０、３３    浮遊式潮流発電装置
３１、３４    集水装置
３２、３５    拡散装置
【図１】
2005351201.tif 000003
【図２】
2005351201.tif 000004
【図３】
2005351201.tif 000005
【図４】
2005351201.tif 000006
【図５】
2005351201.tif 000007
【図６】
2005351201.tif 000008
【図７】
2005351201.tif 000009
【図８】
2005351201.tif 000010