(57)【要約】【課題】水流を受けて安定して回転し、魚・水生生物を羽根外周で傷つけることなく、暴風時でも発電可能な水流発電装置システムを提供すること。【解決手段】この水流発電装置は、軸直角線に対して取付角をもつ複数枚の扇形羽根を同心の軸体と外周にある外筒体との間に一体形に固着して、前記プロペラを回転及び旋回可能に支持し、下部にある浮体を浮力調整することにより水中を上下可能とし、暴風時は水面より深く下降し、点検時はプロペラを水面上に出して保守・点検する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ軸体の外周に等間隔で放射状に突設する翼形状が、前記プロペラ軸の軸心側から半径方向に漸増する扇形とし、前記翼の外端を前記プロペラ軸体と同心円環をなす外筒体の内周に固着したことを特徴とする水流発電装置。
【請求項２】
上記翼の外端をＲ形状の整流板を介して上記外筒体の内周に固着したことを特徴とする請求項１に記載の水流発電装置。
【請求項３】
請求項１若しくは、請求項２に記載のプロペラを上記プロペラ軸に上流・下流側に間隔を有して、２列以上取付けたことを特徴とする水流発電装置。
【請求項４】
隣合うプロペラの位相をずらして、上記プロペラ軸に取付けたことを特徴とする請求項３に記載の水流発電装置。
【請求項５】
旋回座を有する発電室構造体に取付けた整流用ラダーに対し、平行かつ対称に請求項４に記載の水流プロペラを偶数軸配したことを特徴とする水流発電装置。
【請求項６】
上記発電室構造体下方に浮力調整浮体を取付けたことを特徴とする請求項５に記載の水流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、潮流・黒潮や河川及び人工的な水路によって発電する水流発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、自然エネルギーを利用して発電する水流発電は燃料が不要で有害な排出物がなく、水の密度が充分大きい為エネルギーが大きく、風力発電とは異なり出力の正確な予想が可能であり、安定した電力供給が行える。【０００３】  このように水流を利用して発電する技術として、ユニバーサルジョイント機構に保持された複数枚の翼を固着した流線形の胴部を有する水中回転体を昇降可能に設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１２４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、上記特許文献１の水流発電装置では、複数枚の翼が胴外周に配されているためプロペラ回転数が速くなると、群藻、魚等のような周囲水生生物を損傷する恐れがある。【０００６】  そこで、本発明は水流を受けて安定して回転する低速水流（例えば、０．３ｍ／ｓ程度）から起動し、高速水流（例えば、５ｍ／ｓ程度）までを発電する水流発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  以上の課題を達成するために、請求項１及び請求項２の発明は、軸直角線に対して取付角をもつ複数枚の扇形羽根を、プロペラ中心部の軸体と外周部の外筒体の間に配し、該扇形羽根の外周側の水流の上流・下流側にそれぞれ整流板を配して一体化し、水流によるプロペラ回転及び整流を行なう。【０００８】  また、請求項３の発明は、上記複数枚の扇形羽根、外筒体及び整流板の軸体の上流・下流側に間隔をおき２列配設し、水流を有効に利用することによりプロペラの効率向上に付与する。【０００９】  ここで請求項３の好ましい態様として、請求項４は隣合う扇形羽根の位相をずらして、更にプロペラ効率を向上させる。【００１０】  つぎに、請求項５は旋回座を有する発電室構造体に取付けた整流（方向制御）用ラダーに対し、平行かつ対称に２列プロペラを２軸配し、相反回転させ、該回転を１軸に集合し発電を行ない、発電室構造体上部に２軸プロペラの中央にラダーを配設することにより、常に２軸のプロペラは水流と平行になるよう旋回座中心にて水平旋回する。【００１１】  請求項６は、浮体を浮力調整することにより水中を上下可能となり、暴風時にはプロペラは水中に深く没しているため暴風による高速水流の影響を受けにくくなり、また、浮力を調整することにより、点検時はプロペラを水面上に出すことで保守・点検が容易となる。
【発明の効果】
【００１２】  したがって、本発明によれば低流速域から設定流速域まで効率よく発電でき、全方位の水流に対してプロペラ体は１８０°の水平旋回でよく、暴風時には水面より深く潜水することで発電可能となり、また、点検時は浮体上部を水面に出してプロペラの保守・点検を容易にした水流発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】  本発明の第１実施例による単列水流プロペラの側面図（ａ），（ｂ）は扇形羽根の展開図である。
【図２】  図１（ｂ）の扇形羽根外周部の説明図である。
【図３】  図１（ｂ）の扇形羽根の大型化に伴なう扇形羽根の断面図である。
【図４】  本発明の第２実施例による２列水流プロペラの側面図である。
【図５】  （ａ）は図４のＡ−Ａ矢視図である。（ｂ）は図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】  本発明の第３実施例による水流発電装置システムの側面図である。
【図７】  図６の平面図である。
【図８】  図６の正面図である。
【図９】  本発明の第４実施例による水流発電装置システムの平面図である。
【図１０】  図９の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】  図１に示すように、単列プロペラ１００は複数枚の扇形羽根１０１、軸体１０２、外筒体１０３及び複数の整流板１０４は一体形に構成し、また、分かり易くするため該扇形羽根１０１を斜線部にて表示した。【００１５】  本実施例では、軸体１０２は浮力並びに軽量化を図るため中空に形成される。しかし、小型の場合は中実軸でも可能である。【００１６】  軸直角線に対して扇形羽根１０１の取付角θａにより、流れ方向が水流１の場合、例えば左回転とすれば、水流２の場合は右回転する。【００１７】  複数の扇形羽根１０１は外周側の受面角θｂ、内周側の軸側受面角θｃにより水流の受面が形成され、軸体１０２が小径の場合は、受面角θｂ＜軸側受面角θｃとして扇形羽根１０１の強度向上に付与できる。【００１８】  扇形羽根１０１の取付角θａ、受面角θｂ及び軸側受面角θｃは設置場所の平均流速などを勘案して決定される。【００１９】  このプロペラ構造体の成分は、例えば、ステンレス鋼または耐錆性、耐候性を有する材料が望ましい。しかし、例えば扇形羽根１０１、軸体１０２、外筒体１０３及び整流板１０４で成分を変えることも可能であり、樹脂あるいは炭素複合材料等のような他の材料でも構成可能である。【００２０】  また、外筒体１０３を配することにより、魚または水生生物を羽根外周で傷つけることなく、該外筒体１０３と複数枚の扇形羽根１０１を固着することでこのシステムをより頑丈で耐久性があるようにする。【００２１】  設計に当っては、例えば、流速０．３ｍ／ｓ程度から単列プロペラ１００が起動できるように取付角θａ、受面角θｂ、軸側受面角θｃ及び羽根枚数を決定すればよく、そうすることにより藻、貝類の付着によるプロペラ固着等の事故率を減少させる。【００２２】  図２に示すように、水流１または水流２の流速が高速になるのに伴ないプロペラ１００の回転が上昇すると、水流は外周に押し出され外筒体１０３にぶつかり乱流となるのを防ぐためＲ形状の整流板１０４を扇形羽根１０１の両側に配設する。【００２３】  図３に示すように、プロペラ１００の大型化に伴ない扇形羽根１０１は水流１、水流２による受圧荷重増大に対処するため表裏面を有する殻構造体とし、必要があれば内部に補強材（図示せず）を配設する。
【実施例２】
【００２４】  図４に示す実施例は、単列プロペラ１００を直列方向に２列配設したものであり、水流１または水流２を有効に利用し、システムの効率向上に付与する。【００２５】  単列プロペラ１００同士の取付距離Ｌｘを設けることにより、上流側にて撹拌された水流及び周囲から入り込む水流を下流側単列プロペラ１００に当てる。【００２６】  また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、扇形羽根１０１の位相をずらすことによりシステムの効率を向上せしめる。
【実施例３】
【００２７】  図６〜図８に示す実施例は、沿岸部に設置した例を示し、２列プロペラ２００の両端は水封軸受（図示せず）にて回転自在に支承され、一方に水封した動力伝達部３０６及び駆動側軸受枠体３０１を配し、反対側を従動側軸受枠体３０２を下面の発電室構造体３０３と固着される。【００２８】  図８に示すように、相反回転（例えば、水流１の時は実線方向、水流２の時は破線方向）する２軸の２列プロペラ２００の回転は２系統の動力伝達部３０６を介し、ベベルホイール３０７にて集結し、増速機３０８を経て発電機３０９にて発電する。【００２９】  発電室構造体３０３は中空の旋回座３０４により水平回動自在に支承され下面を浮体３５１に固着され、また該旋回座３０４は水封構造とする。【００３０】  図７に示すように、水流１の流れ方向が変化、例えば、斜め方向なる時は、ラダー３０５の作用により旋回座３０４上方の発電ユニット３００（駆動側軸受枠体３０１〜発電機３０９まで）を流れ方向と平行になるよう水流抵抗にて水平旋回する。【００３１】  また、旋回角θｓは１８０°以内となるよう旋回座３０４内部に２ヶ所（０°，１８０°）にストッパー（図示せず）を配設すれば良く、３６０°全方位水流に対し発電する発電ユニット３００が構成される。【００３２】  以下の説明は、本発明の主題の利点を具現するいくつかのシステム設計例及び使用する方法を含む。しかし、当業者は例示した実施例を詳細のいくつかなしに実施できることが分かるだろう。【００３３】  浮体３５１は図示はしないが、いくつかに仕切られており、浮力を調整することにより、発電時は水面下、点検時は浮体上部が水面上に出て、発電ユニット３００の保守・点検が容易となる。また、暴風時は発電時より深く潜水することで発電可能となる。【００３４】  図示はしないが、浮力の調整はポンプ、バルブ等によって構成される浮力調整用ポンプユニットを浮体３５１内部に設置し、仕切室内に入水または排水にて行なう。また、ポンプは陸地側に設置しても構成でき、さらに陸地側の制御・操作盤と電線ケーブルにて連結される。【００３５】  陸地にある中継基地（図示せず）と発電ユニット３００により発電した電力は送電ケーブル５０１にて送電する。【００３６】  また、浮体３５１が水流により流されるのを防止するため固定索４０２により海底の固定装置（図示せず）と連結する。
【実施例４】
【００３７】  図９、図１０に示す実施例は、近海部に設置した大容量発電装置例を示す。【００３８】  水平旋回可能な発電ユニット３００を複数箇所、浮体４０１上面に配設し、さらに浮体４０１上面に艦橋４０３を配し、図示はしないが自家発電装置、燃料タンク、浮力調整用ポンプユニットを配設している。または、自家発電装置、燃料タンクを陸上側に設置してケーブルにて連結しても構成でき、前記発電ユニット３００の代りに、その他の発電ユニットを配設しても構成できる。【００３９】  図示はしないが、艦橋４０３には制御・操作盤を配して、発電を本システム内にて処理し、発電した電力を送電ケーブル５０１にて陸地側の中継基地（図示せず）に送電する。【００４０】  図１０に示すように暴風時には浮力調整用ポンプユニット（図示せず）にて浮体４０１を潜水（例えば水面下１５ｍ〜２０ｍ）させ、点検時は浮力調整にて、水面上に発電ユニット３００を出し、保守・点検するものである。【００４１】  また、固定索４０２は暴風時を考慮した強度を保証するものでなければならず、安全対策として梯灯等を艦橋上等に配設する。
【符号の説明】
【００４２】１      水流
２      水流
１００  単列プロペラ
１０１  扇形羽根
１０２  軸体
１０３  外筒体
１０４  整流板
２００  ２列プロペラ
３００  発電ユニット
３０１  駆動側軸受枠体
３０２  従動側軸受枠体
３０３  発電室構造体
３０４  旋回座
３０５  ラダー
３０６  動力伝達部
３０７  ベベルホイール
３０８  増速機
３０９  発電機
３５１  浮体
４０１  浮体
４０２  固定索
４０３  艦橋
５０１  送電ケーブル
Ｌｘ    取付距離
θａ    取付角
θｂ    受面角
θｃ    軸側受面角
θｓ    旋回角
【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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