(57)【要約】【課題】  水の流れを利用して効率よく発電を行う発電装置を提供する。【解決手段】  軸を中心として回転可能な複数の回転体１０と、回転体１０の間に架け渡される環状体２０と、環状体２０の表側の面に間隔を保って起立する複数の羽根３０と、前記回転体１０の回転により発電を行う発電機６０と、を備え、環状体２０は、流れに対向し、かつ、上流から下流に向かって下方に傾斜する傾斜部２１を有し、傾斜部２１の羽根３０が流れを受けて環状体２０が回動し、その回動に伴い回転体１０が回転する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を中心として回転可能な複数の回転体と、前記回転体の間に架け渡される環状体と、前記環状体の表側の面に間隔を保って起立する複数の羽根と、前記回転体の回転により発電を行う発電機と、を備え、
前記環状体は、水の流れに対向し、かつ、上流から下流に向かって下方に傾斜する傾斜部を有し、前記傾斜部の羽根が水の流れを受けて前記環状体が回動し、前記回動に伴って前記回転体が回転することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記回転体は、浮体に支持されていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
バラストタンクと、前記バラストタンクに対してバラストの注水または排水を行う注排水装置と、前記注排水装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項４】
発電装置の底部と水底との距離および発電装置の喫水を計測する位置計測手段を備え、前記制御装置が前記位置計測手段の情報に基づいて前記注排水装置を制御することを特徴とする請求項３記載の発電装置。
【請求項５】
水の流れの流速を計測する流速計測手段を備え、前記制御装置が前記流速計測手段の情報に基づいて前記注排水装置を制御することを特徴とする請求項３または４記載の発電装置。
【請求項６】
前記羽根がその基部を中心として前記回転体と同一方向に回動可能であり、前記羽根の回動を規制する回動規制手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の流れを利用する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電に関しては、ＣＯ２の削減や発電の安全性といった観点から再生可能エネルギーを利用する発電への関心が高まってきている。
水力を利用する発電も、このような発電の一つであり、水の位置エネルギーを利用するものや、運動エネルギーを利用するものなど、様々な技術が存在する。
【０００３】
水の運動エネルギーを利用して発電を行う技術としては、特許文献１記載の装置がある。当該装置は、巡回体が一対の回転体に張架され、巡回体に複数の羽根板が間隔を保って設けられており、水の流れが羽根板に作用して巡回体が回動し、その回動を動力として発電を行うものである。
【０００４】
しかしながら、各羽根板が水の流れの方向と同一方向に配されているので、水の流れに対して最も前方（上流）に位置する羽根板は水の流れの作用を有効に受けることができるものの、これより後方に位置する羽根板は、これに作用する水の流れが前方の羽根板の影響を受けて乱流となるので、水の流れの作用を有効に受けることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６１５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、水の流れを利用して効率よく発電を行う発電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】
【０００７】
請求項１記載の発明は、軸を中心として回転可能な複数の回転体と、前記回転体の間に架け渡される環状体と、環状体の表面に間隔を保って起立する複数の羽根と、回転体の回転により発電を行う発電機と、を備え、環状体は、水の流れに対向し、かつ、上流から下流に向かって下方に傾斜する傾斜部を有し、傾斜部の羽根が水の流れを受けて環状体が回動し、その回動に伴って回転体が回転することを特徴とする。
ここで、水の流れとは、水路の流れ、河川の流れ、海浜流および潮汐等をいう。
【０００８】
請求項２記載の発明は、回転体が、浮体に支持されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、バラストタンクと、バラストタンクに対してバラストの注水または排水を行う注排水装置と、注排水装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、発電装置の底部と水底との距離および発電装置の喫水を計測する位置計測手段を備え、制御装置が位置計測手段の情報に基づいて注排水装置を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、水の流れの流速を計測する流速計測手段を備え、制御装置が流速計測手段の情報に基づいて注排水装置を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、羽根がその基部を中心として回転体と同一方向に回動可能であり、羽根の回動を規制する回動規制手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によると、環状体の傾斜部の羽根で水の流れを受けるため、水の流れに対して最も前方に位置する羽根だけではなく、その後方に位置する各羽根もそれぞれ確実に流れの作用を受けるので、従来のものに比べてより一層流れのエネルギーを受けることができ、発電量が向上する。
【００１４】
請求項２記載の発明によると、回転体を浮体で支持しているため、水位が変動しても、発電装置の喫水が変化せず、発電効率が低下しない。また、発電装置の設置や撤去が容易となる。しかも、発電装置は手軽に運搬できるので、別の水路、河川または海等に設置することも容易である。
【００１５】
請求項３記載の発明によると、バラストタンクに対するバラストの注水または排水を制御することにより、発電量を自動的に調整することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によると、制御装置が、発電装置の底部と水底との距離の情報および発電装置の喫水の情報に基づいて注排水装置を制御するので、環状体が効率よく回動するように発電装置の喫水を調整したり、発電装置の水底への接触を防止したりすることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明によると、制御装置が、水の流れの流速の情報に基づいて注排水装置を制御するので、流速が強い場合には、バラストタンクからバラストを排水して、発電装置の喫水を低くし、環状体の傾斜部と水面との角度を小さくすることにより、環状体の回動速度を低下させて、水の流れにより発電装置の構成に掛かる負荷を低減させることができる。また、上記発電装置の喫水の情報との組み合わせにより、流速が所定値以下となった場合には、発電装置の喫水を環状体が効率よく回動する所定の高さに復帰させることもできる。
【００１８】
請求項６記載の発明によると、羽根は、環状体の回動に伴ってその自重により環状体に対して伏せた状態となり、羽根がその自重により起立するまではその状態が維持されるので、発電装置をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る発電装置を示す斜視図である。
【図２】前記発電装置の使用状態を示す一部断面側面図である。
【図３】バラストタンクを空にした場合の前記発電装置の使用状態を示す一部断面側面図である。
【図４】羽根の回動範囲を示す環状体の傾斜部の一部断面側面図である。
【図５】羽根の間隔を示す環状体の傾斜部の一部断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本発明に係る発電装置は、図１および図２に示すように、主に浮体４０と、回転体１０と、環状体２０と、羽根３０と、発電機６０と、により構成される。
【００２１】
浮体４０は、発電装置に浮力を与え、発電装置の各構成を支持するものである。浮体４０は、上部が略水平であって、前方側（上流側）の端部から後方（下流側）に向かうに従い下方に傾斜している。また、浮体４０の内部には中空部４１が設けられている。なお、浮体４０は、水に浮くものであれば中空部４１を有さないものであってもよい。
【００２２】
さらに、浮体４０は、その内部の後方側に、上記中空部とは別に、水等のバラスト５１を収容できるバラストタンク５０を備えている。なお、バラストタンク５０は、中空部４１をバラストタンク５０とするものであってもよいし、浮体４０に外付けするものであってもよい。
【００２３】
ここで、発電装置は、図３に示すように、バラストタンク５０を空にした状態で水に浮かべた場合に、後述する環状体２０の傾斜部２１が水面ＷＳに略平行となることが好ましい。
【００２４】
回動体１０には、３つのスプロケットが用いられ、発電装置の左右方向に平行な軸１１を中心として回転可能に浮体４０の軸受４２に支持されている。３つの回動体１０は、側方視によると、浮体４０の前方側の端部付近と、浮体４０の後方側の上下の端部付近とに設けられており、これらの軸１１が直角三角形の頂点に位置するように配されている。そして、回転体１０のうち、浮体４０の前方側の端部付近に設けたものには、回転体１０に連動して回転するプーリー１２が設けられている。
【００２５】
各回転体１０の間には、環状体２０が架け渡されている。環状体２０には、エラストマー等により形成された幅広のベルトを用いている。なお、環状体２０には、一対の環状のチェーン等を用いることもできる。
このように環状体２０を設けたことにより、環状体２０は、水の流れに対向し、かつ、浮体４０の前方側の端部付近から後方に向かうに従って下方に傾斜する傾斜部２１を有する。
【００２６】
環状体２０の表側の面には、複数の板状の羽根３０が間隔を保って設けられている。各羽根３０は、ヒンジにより、その基部を中心として回転体１０と同一方向に回動可能となっている。なお、羽根３０は回動しないものであってもよく、起立した状態で環状体２０の表側の面に固定されているものであってもよい。
【００２７】
環状体２０の表側の面のうち羽根３０の基部には、羽根３０の回動範囲を規制する回動規制手段３１が設けられている。回動規制手段３１は、環状体２０の傾斜部２１において、羽根３０の後方に位置し、かつ、羽根３０が起立した場合に羽根３０の後面に当接するように設けられている。
【００２８】
羽根３０の回動範囲θは、環状体２０の傾斜部２１にある羽根３０を基準として説明すると、図４に示すように、羽根３０が伏せてその前面が環状体２０に略平行となる状態から羽根３０が起立してその前面が鉛直方向に略平行となる範囲内において設定することができる。ここで、羽根３０が起立した状態における羽根３０の前面と環状体２０のなす角度については、環状体２０が効率よく回動する角度となるように、傾斜部２１の傾きや水の流れＦ等の諸条件を考慮して適宜設定する。本実施形態においては、図１ないし図３に示すように、その角度を９０度としている。
【００２９】
羽根３０の枚数および間隔も、環状体２０が効率よく回動するように適宜設定する。ここで、羽根３０の間隔Ｌは、好ましくは、図５に示すように、環状体２０の傾斜部２１で羽根３０が起立した状態において、羽根３０の基部が、水の流れＦと平行であって前方の羽根３０の先端に接する直線３２と傾斜部２１との交点より下方に位置するように設定する。
【００３０】
環状体２０は、その傾斜部２１において没水している羽根３０が水の流れＦを受けることにより回動する。また、この回動に連動して回転体１０および回転体１０のプーリー１２が回転する。羽根３０は、環状体２０の回動に伴って、傾斜部２１以外では、その自重により環状体２０に対して伏せた状態となり、傾斜部２１では、その自重で回動し、その回動が回動規制手段３１により規制され、環状体２０に対して起立した状態となる。
【００３１】
浮体４０の上方には、載置台９０が設けられている。載置台９０には、係留手段９１が２つ設けられている。また、載置台９０には、発電機６０、注排水装置７０および制御装置８０が設置されている。なお、発電装置は、載置台９０を設けないで、係留手段９１を浮体４０に設け、発電機６０、注排水装置７０および制御装置８０を陸上や別途設けた浮体に設置するものであってもよい。
【００３２】
係留手段９１は、発電装置を係留するためのものであり、係留索を用いている。なお、係留手段９１はアンカー等であってもよい。
【００３３】
発電機６０は、回転体１０と同方向に回転可能なプーリー６１を備えており、プーリー６１の回転を動力として発電を行う。発電機６０のプーリー６１と回転体１０のプーリー１２との間には、エラストマー等で形成されたベルト６２が架け渡されており、発電機６０のプーリー６１は、回転体１０のプーリー１２の回転に連動して回転する。
【００３４】
注排水装置７０は、バラスト５１の流路となる２本のパイプ７１と、バラスト５１を移流させるポンプ７２とにより構成されている。パイプ７１はいずれも一端がポンプ７２と連結し、一方のパイプ７１は他端がバラストタンク５０に連結され、他方のパイプ７１は他端が水中に没するように、他端が浮体４０の下部に配されている。
これにより、バラストタンク５０に対してバラスト５１の注水または排水を行うことができる。また、発電装置を設置した河川や海の水をバラスト５１として用いることができる。
【００３５】
制御装置８０は、ケーブル８１を介して、注排水装置７０（ポンプ７２）に接続されている。また、制御装置８０は、ケーブル８１を介して、位置計測手段に接続されている。位置計測手段は、発電装置の底部と水底Ｂとの距離を計測するものと、発電装置の喫水を計測するものと、により構成されている。さらに、制御装置８０は、ケーブル８１を介して、水の流れＦの流速を計測する流速計測手段に接続されている。位置計測手段は、特に限定されるものではないが、例えばレーザー式距離計や超音波式距離計を用いることができる。流速計測手段も特に限定されるものではなく、例えば、電磁式流速計やプロペラ式流速計を用いることができる。
【００３６】
制御装置８０は、位置計測手段の情報に基づいて以下の制御を行う。具体的には、制御装置８０は、発電装置の喫水が、所定の高さになるまで、バラストタンク５０に対してバラスト５１の注水または排水を行うように注排水装置７０を制御する。ここで、所定の高さとは、環状体が効率よく回動する発電装置の喫水であり、適宜設定する。また、制御装置８０は、発電装置の底部と水底Ｂとの距離が所定値以下となった場合には、発電装置の底部と水底Ｂとの距離がその値を超えるまでバラストタンク５０からバラスト５１を排水するように注排水装置７０を制御する。ただし、前者と後者の制御は後者が優先される。
このような制御により、環状体２０が効率よく回動するように発電装置の喫水を調整したり、発電装置の水底Ｂへの接触を防止したりすることができる。
【００３７】
また、制御装置８０は、流速計測手段の情報に基づいて以下の制御を行う。具体的には、制御装置８０は、水の流れＦの流速が所定値以上となった場合には、バラストタンク５０からバラスト５１の全てまたは一部を排水し、また、水の流れＦの流速が所定値以下となった場合には、発電装置の喫水が上記の所定の高さになるまで、バラストタンク５０にバラスト５１を注水するように注排水装置７０を制御する。
このような制御により、水の流れＦの流速が所定値以上となった場合には、発電装置の喫水が低くなり、環状体２０の傾斜部２１と水面ＷＳとの角度が小さくなるので、環状体２０の回動速度が低下し、水の流れＦにより発電装置の構成に掛かる負荷が低減される。ここで、発電装置は、環状体２０の回動速度を低下させる観点からは、上記のようにバラストタンク５０を空にした場合に、環状体２０の傾斜部２１が水面ＷＳと略平行となることが好ましい（図３参照）。また、水の流れＦの流速が所定値以下となった場合には、発電装置の喫水の情報との組み合わせにより、発電装置の喫水を上記の所定の高さに復帰させることもできる。
【００３８】
なお、発電装置は、流速計測手段の代わりに、環状体２０、回転体１０、回転体１０のプーリー１２または発電機６０のプーリー６１の回転数、回動速度または回転速度を計測する手段を備え、これらの情報に基づいて、バラスト５１の注水及び排水を制御するものであってもよい。
【００３９】
次に、発電装置の使用方法について説明する。発電装置は、水路の流れ、河川の流れ、海浜流および潮汐その他水の流れを利用して発電を行うことができる。
まず、発電装置を、水路、河川または海等に没水させ、係留手段９１を用いて係留する。また、発電装置の喫水が、上記の所定の高さとなるようにバラストタンク５０のバラスト５１を調整しておく。そして、係留された発電装置は、環状体２０の傾斜部２１における羽根３０が水の流れＦを受けて環状体２０が回動する。また、これに連動して回転体１０、回転体１０のプーリー１２および発電機６０のプーリー６１が回転し、発電がおこなわれる。
【００４０】
発電装置の効果について説明する。発電装置によると、環状体２０の傾斜部２１の羽根３０が水の流れＦを受ける。そのため、水の流れＦに対して最も前方に位置する羽根３０だけではなく、その後方に位置する各羽根３０もそれぞれ確実に水の流れＦの作用を受けるので、従来のものに比べてより一層流れのエネルギーを受けることができ、発電量が向上する。
【００４１】
また、発電装置は、回転体１０を浮体４０で支持しているため、水位が変動しても、発電装置の喫水が変化せず、発電効率が低下しない。さらに、発電装置の設置や撤去が容易である。しかも、発電装置は、手軽に運搬できるので、別の水路、河川または海等に設置することも容易である。
【００４２】
また、発電装置は、制御装置８０が発電装置の底部と水底Ｂとの距離の情報および発電装置の喫水の情報に基づいて注排水装置７０を制御するので、環状体２０が効率よく回動するように発電装置の喫水を調整したり、発電装置の水底Ｂへの接触を防止したりすることができる。
【００４３】
また、発電装置は、制御装置８０が、水の流れＦの流速の情報に基づいて注排水装置７０を制御するので、水の流れＦにより発電装置の構成に掛かる負荷を低減させることができる。さらに、発電装置の喫水の情報との組み合わせにより、発電装置の喫水を環状体２０が効率よく回動するように適宜設定した所定の高さに復帰させることもできる。
【００４４】
また、発電装置は、羽根３０が、傾斜部２１以外では環状体２０に対して伏せた状態となるので、発電装置をコンパクトにすることができる。また、発電装置の各構成もコンパクトにできるので、幅の狭い水路にも設置することができる。
【００４５】
なお、発電装置の別の態様としては、回転体１０を浮体４０の前後に設けた一対の回転体１０とし、後方の回転体１０の径を前方の回転体１０のものより大きくして傾斜部２１を設けるものが挙げられる。また、浮体４０の代わりに、支持フレームや水路の側壁等で回転体１０を支持するものが挙げられる。
【００４６】
以上に示した実施の形態は本発明の例示であり、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    回転体
２０    環状体
２１    傾斜部
３０    羽根
３１    回動規制手段
４０    浮体
５０    バラストタンク
６０    発電機
７０    注排水装置
８０    制御装置
Ｂ    水底
Ｆ    水の流れ
ＷＳ    水面
【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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