(57)【要約】本発明は、海洋エネルギー発電装置およびその海洋エネルギー発電における漏水保護装置を提供する。海洋エネルギー発電における漏水保護装置は、貯水タンクおよび水ポンプを備える。貯水タンクは、外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める。水ポンプは貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる。【選択図】図１
2020509295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋エネルギー発電装置に使用されている海洋エネルギー発電における漏水保護装置であって、
外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める貯水タンクと、
貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる水ポンプとを備える、
ことを特徴とする海洋エネルギー発電における漏水保護装置。
【請求項２】
貯水タンク内の水位を検出するために前記貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、
液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、前記水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する、
ことを特徴とする請求項１に記載の海洋エネルギー発電における漏水保護装置。
【請求項３】
前記貯水タンクは、線路が通すための貫通孔を有している、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の海洋エネルギー発電における漏水保護装置。
【請求項４】
海洋エネルギー発電装置であって、
発電機と、
羽根車ロータと伝動モジュールを含み、前記羽根車ロータの回転による運動エネルギーが前記伝動モジュールを介して前記発電機に伝達される少なくとも一つの水平軸水車機と、
内部に前記伝動モジュールが設けられて、外部に前記羽根車ロータが設けられているカプセルと、
前記羽根車ロータと前記カプセルシーの接続箇所に設けられているシールリングと、
外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める貯水タンクと、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる水ポンプとを備え、水平軸水車機に対応して設けられている少なくとも一つの漏水保護装置と、を備える、
ことを特徴とする海洋エネルギー発電装置。
【請求項５】
漏水保護装置は、貯水タンク内の水位を検出するために貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、
液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する、
ことを特徴とする請求項４に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項６】
前記発電機は、前記カプセル内に位置する、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項７】
前記発電機は、水面以上に位置する、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項８】
前記水平軸水車機と発電機とを連結し、水平軸水車機が発生する運動エネルギーを発電機に伝達する角度可変伝動機構をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項９】
前記カプセルに連通する少なくとも１本の外軸をさらに備え、
前記外軸が回転すると、前記水平軸水車機は連動されて向きが変えられる、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項１０】
前記外軸を回転駆動するために前記外軸に連結されたモータをさらに備える、
ことを特徴とする請求項９に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項１１】
外軸とカプセル内の圧力を増加させ、外軸およびカプセル内の気圧を外部の海水の圧力よりも大きくさせるように、外軸の内部に連通する加圧管をさらに備える、
ことを特徴とする請求項９に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項１２】
前記水平軸水車機および漏水保護装置のいずれもの数は２以上である、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項１３】
一端が前記カプセルに連通し、他端が水面以上に位置する少なくとも１本の外軸をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項１４】
前記外軸は、メンテナンス作業者またはメンテナンス機器が前記メンテナンスを行うために前記外軸を介してカプセルに入るための特定の内径幅を有する、
ことを特徴とする請求項４、５、１３のいずれか一つに記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項１５】
前記羽根車ロータの前記カプセルに向ける側に位置する止水リングを備える、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の海洋エネルギー発電装置。
【請求項１６】
複数の羽根車シールリングをさらに備え、
前記羽根車ロータは、複数の羽根車と、ハブとを備え、
各羽根車シールリングは、各羽根車とハブとの接続箇所に設けられている、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の海洋エネルギー発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋エネルギー発電分野に属し、特に海洋エネルギー発電装置およびその海洋エネルギー発電における漏水保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋エネルギー（潮力エネルギー、潮流エネルギー、波エネルギーおよび海流エネルギーを含む）は、海水の流れによって生成されたエネルギーを意味する。海洋エネルギーは、再生可能なエネルギーの一種として、蓄積量が豊富で、広く分布されており、極めて良好な開発の将来性と価値を有する。海洋エネルギーの主な用途は、発電である。海洋エネルギー発電の動作原理は、風力発電と似ており、すなわち、海水の流れによって生成された機械的エネルギーは、エネルギー変換装置によって電気エネルギーに変換される。具体的には、まず、海水が水力タービンに衝撃を与え、水力タービンは、水流エネルギーを機械的回転エネルギーへ変換し、その後、水力タービンは、機械的な伝動システムを介して電力を発生する発電装置を駆動し、それにより、最終的に機械的エネルギーを電気的エネルギーへ変換する。
【０００３】
近年、エネルギーがますます不足しており、温室効果もより厳しくなっているため、エネルギーの低炭素化が求められている。したがって、風力エネルギーや海洋エネルギーなどのクリーンエネルギーが、エネルギー開発の今後の方向性となっている。しかしながら、比較的成熟した風力エネルギーの利用を除いて、クリーンエネルギーを利用した発電装置は、依然として開発段階であり、海洋エネルギーの利用は、未だ初期段階に留まり、汎用的かつ成熟した装置がない。海洋の環境が複雑であるため、海洋エネルギー発電装置は通常の他の発電装置よりもメンテナンスの回数が多くなり、メンテナンスコストの低下が困難であることが生じている。
【０００４】
一般的に、海洋エネルギー発電に用いられる発電機は両種類あり、一種類は、軸線が水平面に平行する水平軸水車発電機であり、他の一種類は、軸線が水平面に対して垂直である垂直軸水車発電機である。水平軸水車発電機では、その全ての電気部品（羽根車ロータ、発電機、ギヤボックス、加速箱などを含む）のいずれもが水中にあるため、機器全体に対する気密性の要求が非常に高い。特に、羽根車ロータとギヤボックスとの接続箇所においては、シールリングによりシール（密封）する必要がある。シールリングは経年劣化により弛みを生じる問題があるので、シールリングの気密性能を確保するためには、少なくとも三年ごとにシールリングを交換しなければならない。また、交換する際には、海洋エネルギー発電装置の全体の運転を停止する必要がある。新しいシールリングを取り付けるためには、さらに、他の一部の部品を対応的に取り外し、かつ再度取り付けしなけらばならないので、交換の難度が高くなり、メンテナンスコストを高める。
【０００５】
特に、メンテナンス作業者は、シールリングが劣化したか否か、シールが確実であるか否かを点検するため、日常的に海に入ることができず、シールリングの交換時期を正確に知ることができない。水平軸水車機の内部に水流が浸入して水平軸水車機の損傷を招くことを避けるためには、たとえシールリングが劣化していなくても、一年ないし半年ごとにシールリングを交換する必要がある。メンテナンスの作業の際には、発電を停止する必要があるため、収益を産出することができない。そして、メンテナンス作業には多大の人力・物力を要するため、頻繁なメンテナンスは海洋エネルギー発電の商業化の運営に対して大きな障害となっている。
【０００６】
また、発電機に接続されたギヤボックスは一定の期間に使用された後にオイルを交換する必要があり、さらに、発電装置に用いられる軸受にもオイルを交換する必要がある。このため、水平軸水車発電機のメンテナンスは一層困難となり、コストが高くなる。したがって、水平軸水車発電機の発電効率が垂直軸水車発電機より高くても、水平軸水車発電機を商業化することは困難である。
【０００７】
水深が増加すると、圧力もだんだんに大きくなる。発電機ユニットの外部の圧力は内部の圧力よりはるかに大きいため、外部の水流は発電機ユニットの内部に容易に浸透し、発電機ユニットを毀損する。発電機ユニットの耐圧性能および気密性能を強化するために発電機ユニットの外殻の強度と構造の気密性に対する要求がより高くなり、しかも一部の普通のシールリングが深海でのシール要求を満たすことができないので、特製のシールリングが必要であり、それによって、生産のコストの上昇を招く。他方、発電機ユニットの耐圧性能および気密性能を向上させるためには、発電機ユニットの全ての部品（加速箱、伝動部品、発電機など）がコンバクトに設けられることで、発電機ユニットの体積をさらに縮小する必要がある。しかしながら、これは、部品間の摩擦を増大させ、発電機ユニットの効率に大きく影響する
【０００８】
従来の海洋エネルギー発電装置には、完全にシールする問題を解決できないため、通常は水深方向に一つだけの水車発電機を設けることで、深水中の圧力が大きすぎてシールが困難になることを避けている。しかしながら、このような方法は深水における海洋エネルギーを十分に利用することができない。
【０００９】
また、潮流エネルギーは海洋の潮流を用いて発電するため、上げ潮と引き潮に伴って、潮流の方向は変更される。従来の大半の水平軸水車発電機はいずれも回転できないため、潮流エネルギー発電装置は上げ潮または引き潮を利用して発電することしかできず、発電効率が極めて低い。従来の技術者は上げ潮と引き潮により生成されたエネルギーを十分に利用するために、２組の発電システムを取り付けることを選択している。１組の発電システムの羽根車は上げ潮方向に向き、もう１組の発電システムの羽根車は引き潮方向に向く。上げ潮と引き潮により生成されたエネルギーが十分に利用されたように見えるが、上げ潮または引き潮の場合、１組の発電システムは常に動いていない。１組の発電システムを増やすことによりコストが倍に増加するが、生成された電気エネルギー効率の向上はコストの増加に遠くおよばず、これは潮流エネルギー発電装置の普及と運用を大きく制限している。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、従来の技術における少なくとも１つの課題を解決するように海洋エネルギー発電装置およびその海洋エネルギー発電における漏水保護装置を提供する。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る海洋エネルギー発電における漏水保護装置は、貯水タンクと、水ポンプと、を備える。貯水タンクは、外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める。水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電における漏水保護装置は、貯水タンク内の水位を検出するために貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する。
【００１３】
本発明の一実施例によれば、貯水タンクは、線路を通すための貫通孔を有している。
【００１４】
他の目的を達成するための本発明に係る海洋エネルギー発電装置は、発電機と、少なくとも一つの水平軸水車機と、カプセルと、シールリングと、少なくとも一つの漏水保護装置と、を備える。少なくとも一つの水平軸水車機は、羽根車ロータと伝動モジュールを含み、羽根車ロータの回転による運動エネルギーが伝動モジュールを介して発電機に伝達される。カプセルは、内部に伝動モジュールが設けられて、外部に羽根車ロータが設けられている。シールリングは、羽根車ロータと前記カプセルシーの接続箇所に設けられている。少なくとも一つの漏水保護装置は、水平軸水車機に対応して設けられていて、貯水タンクと、水ポンプとを備える。貯水タンクは、外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める。水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、漏水保護装置は、貯水タンク内の水位を検出するために貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、発電機は、カプセル内に位置する。
【００１７】
本発明の一実施例によれば、発電機は、水面以上に位置する。
【００１８】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、水平軸水車機と発電機とを連結し、水平軸水車機が発生する運動エネルギーを発電機に伝達する角度可変伝動機構をさらに備える。
【００１９】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、カプセルに連通する少なくとも１本の外軸をさらに備え、外軸が回転すると、水平軸水車機は連動されて向きが変えられる。
【００２０】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、外軸を回転駆動するために外軸に連結されたモータをさらに備える。
【００２１】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、外軸とカプセル内の圧力を増加させ、外軸およびカプセル内の気圧を外部の海水の圧力よりも大きくさせるように、外軸の内部に連通する加圧管をさらに備える。
【００２２】
本発明の一実施例によれば、水平軸水車機および漏水保護装置のいずれの数は２以上である。
【００２３】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、一端がカプセルに連通し、他端が水面以上に位置する少なくとも１本の外軸をさらに備える。
【００２４】
本発明の一実施例によれば、外軸は、メンテナンス作業者またはメンテナンス機器がメンテナンスを行うために外軸を介してカプセルに入るための特定の内径幅を有する。
【００２５】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、羽根車ロータのカプセルに向ける側に位置する止水リングを備える。
【００２６】
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、複数の羽根車シールリングをさらに備え、羽根車ロータは、複数の羽根車と、ハブとを備え、各羽根車シールリングは、各羽根車とハブとの接続箇所に設けられている
【００２７】
以上説明したように、本発明では、漏水保護装置が設けられていることにより、シールリングに多少の経年劣化による弛みがあっても、シールリングの弛み箇所から水が浸入すると、海洋エネルギー発電装置内の漏水も必ず発電機と水平軸水車機のカプセル内に位置する伝動モジュールに広がることがないので、水平軸水車機と発電機の安全性を効果的に確保することができる。最終にシールリングをメンテナンス・交換する頻度を減少させ、メンテナンス・交換作業のコストを大幅に低下させ、海洋エネルギー発電装置が正常に発電する周期を延長させ、発生する利益を確保でき、海洋エネルギー発電装置の商業化運用を向上させた。
【００２８】
また、本発明の実施例の海洋エネルギー発電装置は、伝動モジュールと角度可変伝動機構が設けられていることにより、従来の水平軸水車発電機の発電機や他の加速箱などの電気部品を水中から水面以上に持ち上げることができる。機械分野では角度可変伝動機構があったが、海洋エネルギー発電分野において、いわゆる当業者は、水平軸発電機の発電機が水車機から外して水面以上に引き上げることを考えていない。いわゆる当業者は、従来の固有パターンに制限されているので、技術的な偏見があり、垂直軸水車発電機の発電機のみが水面上に設けられ、水平軸水車発電機について羽根車の配置を改良して発電電力を向上させるだけと考えられている。本発明はこのような技術的偏見を克服し、従来技術における水平軸水車発電機の全ての電気部品が水中にあるため、メンテナンスと交換が困難であり、コストが高いという課題を解決する。本願の発電機部分は水面以上である（加速箱などの他の電気部品も必要に応じて水面以上に設けられている可能である）ので、後続の発電装置のメンテナンスが水面上で行われ、メンテナンスコストが大幅に低減され、海洋エネルギー発電装置の商業的な運用と普及をさらに促進する。
【００２９】
特に、本発明の一実施形態における外軸は、十分な幅を有し且つ一端が水面上に位置するので、メンテナンス作業者またはメンテナンス機器が外軸を介して水面上から海洋エネルギー発電装置の内部に進入し、最終的にカプセル内に入ることができ、カプセル内のすべての電気部品（ギヤボックス、加速箱、発電機を含むがこれらに限定されない）をメンテナンスし、軸受やギヤボックスなどの部品に対してオイルを交換する。このような配置により、特に水平軸水車機全体を水面から持ち上げてメンテナンスする必要がなく、全体のメンテナンスが水面下で（しかし水を遮断して）直接に行われ、メンテナンスに必要な人力・物力を減少し、メンテナンスコストが大幅に低減される。また、一部の部品は、分解を行うすることなく、直接にメンテナンスを行うことができ、メンテナンスの難度を大幅に低下させる。また、メンテナンス作業者やメンテナンス機器は、非常に便利に発電装置の内部に入って電気部品に問題があるか否かを点検し、問題を早期に発見することができ、従来技術で事前点検ができなかったり、発電を停止しなければ点検できなかったりする問題を解決した。
【００３０】
本発明の上述のおよびその他の目的、特徴および利点をよりわかりやすくするために、以下では図面を参照しながら、本発明の比較的よい実施形態について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の模式図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の模式図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施例による海洋エネル発電装置を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第１の実施例による海洋エネル発電装置１００は、発電機１と、少なくとも１つの水平軸水車機２と、カプセル３と、シールリング４と、少なくとも１つの漏水保護装置５とを備える
【００３３】
水平軸水車機２は、羽根車ロータ２１と伝動モジュール２２とを備えており、羽根車ロータ２１の回転により形成された運動エネルギーは、伝動モジュール２２を介して発電機１に伝達される。伝導モジュール２２はカプセル３の内部に配置されて、羽根車ロータ２１はカプセル３の外部に配置されている。シールリング４は、羽根車ロータ２１とカプセル３の接続箇所に設けられている。
【００３４】
漏水保護装置５は、水平軸水車機２に対応して設けられており、貯水タンク５１と、水ポンプ５３とを備える。貯水タンク５１は、外部から海洋エネル発電装置１００内に漏れた水を留める。水ポンプ５３は、貯水タンク５１における水を海洋エルギー発電装置１００の外部に汲み上げる。
【００３５】
本実施例では、漏水保護装置５は、液位センサ５２をさらに備えている。液位センサ５２は、貯水タンク５１内の水位を検出するために貯水タンク５１に対応して設けられている。液位センサ５２により貯水タンク５１内の水位がプリセット値に達したことが検知されると、ポンプ５３は、貯水タンク５１内の水を海洋エルギー発電装置１００の外部に汲み上げるように動作する。液位センサ５２が設けられることで、水ポンプ５３が実際の状況に基づいて運転するか否かを判断でき、実施のコストを節約することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、漏水保護装置５は、液位センサ５２を備えなくてもよい。水ポンプは、定期的に動作して、貯水タンク５１内の水を定期に汲み上げることができる。このようにして、液位センサがなくても、貯水タンク内の溜まり水が直ちに排出されることを効果的に確保することができる。
【００３６】
本発明は、液位センサ５２のタイプを限定するものではない。液位センサ５２は、フローティングボール式液位変換器、磁性液位変換器、静電容量式液位変換器などの接触センサであってもよく、貯水タンク５１内に設けられている。また、液位センサ５２は、超音波液位変換器、レーダ液位変換器などの非接触式センサであってもよく、貯水タンク５１の外部に設けられている。
【００３７】
本発明の貯水タンク５１は、発電装置の内部に浸入した水が重力の作用により下に流すために、水平軸水車機２の下方に設けられている。ただし、本願における「下方」とは、真下に限定されるものではなく、本願が貯水タンク５１の具体的な位置を何ら限定するものではない。本実施例では、貯水タンク５１は、カプセル３の底部の開口部の直下に位置している。シールリング４が経年劣化により弛みを生じると、外部の水流がシールリング４の隙間から漏れてきて、カプセル３の内部に流入する。重力の作用により、漏れてきた水は、カプセル３内に沿って貯水タンク５１内に蓄積される。溜まり水が増えていくと、溜まり水の液面が高くなる。水位がプリセット値、例えば５ｃｍに達すると、液位センサ５２は、水ポンプ５３に信号を送信し、水ポンプ５３が動作する。水ポンプ５３と貯水タンク５１との間には水パイプを介して連通されており、水パイプを介して貯水タンク５１内の水が汲み上げられることで、貯水タンク５１内の水位を低下させる。
【００３８】
本実施例では、液位センサ５２の検出に基づき、水ポンプ５３の動作のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御する。例えば、液位センサ５２により水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプ５３が信号を受信して揚水を開始する。液位センサ５２により水位が他のプリセット値、例えば０又は１ｃｍに達したことが検出されると、液位センサ５２が停止信号を水ポンプ５３に出力し、水ポンプ５３が動作を停止する可能である。
【００３９】
しかし、本発明は、水ポンプ５３の動作停止を制御する手段を何ら限定するものではない。他の実施例では、水ポンプ５３の１分間のポンプ出力が予測可能であるので、予め水ポンプ５３の動作時間を直接に設定することができる。例えば、液位センサ５２により水位がプリセット値に達したことが検出されると、ポンプ５３が動作して揚水を開始する。水ポンプ５３が一回に１分間だけ動作する時間、即ち１分間で動作した後に水ポンプ５３の動作を停止することが予め設定されてもよい。このように、水ポンプ５３の動作を停止する時間を制御することで、貯水タンク５１内の水位をプリセット値以下に低下させることができる。
【００４０】
本発明では、水ポンプ５３の設置位置も何ら限定されるものではない。本実施例では、水ポンプ５３が水面上に配置されている。他の実施例では、水ポンプ５３をカプセル内に位置する可能である。
【００４１】
本発明では、漏水保護装置５が設けられていることにより、シールリング４に多少の経年劣化による弛みがあっても、シールリングの弛み箇所から水が浸入すると、海洋エネルギー発電装置１００内の漏水も必ず発電機１と水平軸水車機２のカプセル３内に位置する伝動モジュール２２に広がることがないので、水平軸水車機２と発電機の１安全性を効果的に確保することができる。最終にシールリング４をメンテナンス・交換する頻度を減少させ、メンテナンス・交換作業のコストを大幅に低下させ、海洋エネルギー発電装置が正常に発電する周期を延長させ、発生する利益を確保でき、海洋エネルギー発電装置の商業化運用を向上させた。
【００４２】
本実施例では、発電機１はカプセル３内に位置しており、即ち、発電機１も水面以下に位置している。発電機１と水平軸水車機２の伝動モジュール２２との間には加速箱１１も接続されている。このため、本実施例の構成では、伝動モジュール２２や発電機１だけでなく、加速機１１などの他の電気部品も保護されている。
【００４３】
本実施例では、海洋エネル発電装置１００は、カプセル３に連通している少なくとも１本の外軸６をさらに備え、外軸６が回転すると、水平軸水車機２は連動されて向きが変えられる。本実施例では、外軸６の他端は水面Ｐ上に位置している。本実施例では、海洋用エルギー発電装置１００は、外軸６を回転駆動するように外軸６に連結されたモータ７をさらに備えている。上げ潮と引き潮における水流方向が逆になるが、水流がどの方向に流入しても、水平軸水車機２の羽根車が常に水流に向くように外軸６の回転により制御されるので、海洋エルネギーの利用率が向上し、発電効率が向上する。
【００４４】
本発明では、モータ７は水面上に位置されている。従来技術では少数の水平軸水車発電機が方向転換を実現できるが、モータがすべて水面以下に位置し、さらに、あるモータが発電機ユニットと一体になっている。従来技術の制御システム、駆動システム、伝動システム、変流システムと発電システムのすべてが羽根車の後に一体化されているため、従来の水平軸水車発電機の羽根車以外の部分の体積が非常に大きく、電子部品の性能を大幅に低下させることを生じる。また、伝導システムに備えられるモータが非常に損傷を受けやすく、しばしばメンテナンスが必要であるが、これらの部品を水面下に配置する場合に、メンテナンスの難度およびコストを大幅に増加させる。しかし、本発明におけるモータ７は水面下ではなく水面上に位置しており、上記問題を完全に解決し、且つ水平軸水車発電機の羽根車以外の部分の体積を大幅に減少させることができ、電子部品の性能を向上させることができ、最終的には発電効率を高める目的に達する。
【００４５】
本実施例では、モータ７の数は、外軸６の数に対応している。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、歯車などの伝達機構を介して１つのモータ７が２つの外軸６を制御することが実現されてもよい。各モータ７は、電動機と外軸６の一端に連結される伝動機構とを備えてもいい。モータ７は、伝動機構が外軸６を駆動することで回転する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、モータ７は、電動機および減速機を備えてもいい。モータは回転数が速く、減速機により回転数が大きく低下されるため、外軸６の回転数と回転範囲を効率的かつ精度良くに制御することができる。
【００４６】
実際の応用において、水流が図１に示す水流方向に沿って海洋エーネルギー発電装置１００に流れる場合、モータ７が動作しない。この場合に、水平軸水車機２の羽根車が水流に向く。水流が水流方向の逆方向（図１から見ると右から左へ）に沿って海洋エネルギー発電装置１００に流れる場合に、モータ７が外軸６を回転駆動することで、水平軸水車機２を１８０度回転させ、羽根車を左向きから右向きに変更して水平軸水車機２の羽根車が常に水流方向に向くように確保する。この場合は、特に海洋エネルギーを利用した発電に適用し、最大の発電電力を確保する。
【００４７】
特に、実際の応用における上げ潮と引き潮の水流方向は完全に平行であるのではなく、必ずしも水平軸水車発電機２の上流面に対して垂直でもない。水流の水平軸水車機２へ流れ込む方向にかかわらず、本発明の海洋エルギー発電装置は、水平軸水車機２を常に水流に対向させるように、外軸６を通じて水平軸水車機２の向きの変更を制御することができ、よって潮流エネルギーを最大限に利用し、発電効率を向上させる。
【００４８】
また、実際の水流速度が水平軸水車機２の耐えられる最大負荷に対応する定格速度より速い場合、外軸６の回転により水平軸水車機２を水流方向から一定の角度離れて回転させるように制御するだけで、水平軸水車機２の負荷を効果的に低減することができ、水平軸水車機２が過負荷によって破損されることがないように確保すると同時に、水平軸水車機２が相変わらず正常に動作し、安定して発電し続けるように確保する。従来の海洋エネルギー発電装置において、水流の速度が大き過ぎる場合、発電機が焼損されると運転を停止する欠点を解決すると同時に、可変ピッチの調節を行う必要なく、発電機の負荷調節をより簡単且つ効果的であるようにする。一方、実際の水流速度が水平軸水車機２の耐えられる最大負荷に対応する定格速度より小さい場合、外軸６の回転によって水平軸水車機２を水流方向（即ち、羽根車の上流面が水流方向に対して垂直である）に対向するように制御するだけで、水流を最大限に利用して発電することができ、発電効率を向上させる。
【００４９】
本実施例では、海洋エネルギー発電装置１００は、外軸６およびカプセル３内の圧力を高め、外軸６およびカプセル３内の圧力が外部の海の圧力よりも高くさせるように外軸６の内部に連通される加圧管８１を備えている。加圧管８１は、一端がエアポンプ８２に連通し、他端が外軸６内に配置される。エアポンプ８２は、外軸６に連通されているため、外軸６内の圧力が外部の圧力よりも大きいように外軸６内の圧力の増減を制御することができる。こんな態様によば、通常のシールリングだけで、外部の水が外軸６とカプセル３内に流入することを遮断できるので、外軸６内の電気部品に効果的にシール保護を実現し、従来の水平軸水車発電機が深水中で作業ができない或いは作業の効率が低下する問題を解決する。さらに、水深方向の海洋エネルギーを充分に利用することを可能にして、発電効率を向上させて、既存の海洋エネルギー発電装置が深水に入り込まれない課題を解決した。
【００５０】
図２は、本発明の第２の実施例による海洋エネル発電装置の模式図である。本実施例の発電機１、水平軸水車機２、カプセル３、シールリング４および漏水保護装置５などの部品は、第１の実施例と同様であり、同一な部品には同一な符号を付し、以下では相違点についてのみを説明する。
【００５１】
本実施例では、水平軸水車機２と漏水保護装置５の数はいずれも２であるが、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、水底と水面との間の距離に応じて水深による水平軸水車機２の数を柔軟に調整することができる。他の実施例では、水平軸水車機２および漏水保護装置５の数は両方とも２より多くてもよい。少なくとも２つの水平軸水車機２は、同一な内部枠内に位置し、水面Ｐに対して垂直である方向に配列されている。図３に示す方向から見ると，２つの水平軸水車機３が縦方向に配列されていることで、海洋エネルギー発電装置の規模を海洋深度に沿った縦方向に広くさせ、発電電力を大幅に向上させている。さらに、従来の、大規模の海洋エネルギー発電装置を実現できなかった問題を解決した。
【００５２】
各水平軸水車機２に対応して１つの漏水保護装置５が配置されているので、上方に位置する貯水タンク５１は、給水管やケーブルなどの配線が通すための貫通孔５１１が開設される。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、水管およびケーブルなどの配線は、貯水タンク５１を直接に避けることができる。
【００５３】
図３は、本発明の第３の実施例による海洋エネル発電装置の模式図である。本実施例の水平軸水車機２、カプセル３、シールリング４および少なくとも１つの漏水保護装置５などの部品は、第１の実施例と同一であり、同一な部品には同一な符号を付し、以下では相違点についてのみを説明する。
【００５４】
本実施例では、発電機１’は水面以上に位置している。海洋エネル発電装置はさらに水平軸水車機２と発電機１’を接続し、水平軸水車機２が発生した運動エネルギーを発電機１’に伝達する角度可変伝動機構９を備える。角度可変伝動機構９の役割は、伝動角度／方向を変更することである。本実施例の角度可変伝動機構９は、水平軸水車機２と伝動軸９１とを連結し、水平に設けられている水平軸水車機２が発生する運動エネルギーを、垂直に設けられている伝動軸９１に伝達する。具体的には、水平軸水車機２は、水流の衝撃により回転され、発生した運動エネルギーが水平軸水車機２自身のロータを介して角度可変伝動機構９に伝達され、この場合に運動エネルギーの伝達方向が水平方向である。そして、角度可変伝動機構９は、伝動の角度／方向を変化させ、水平方向の運動エネルギーを垂直に設けられている伝動軸９１に伝達する。そして、駆動軸９１は、一端が発電機１に接続されているので、運動エネルギーを発電機１に伝達する。発電機１は、受け取った運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う。
【００５５】
本実施例では、角度可変伝動機構９は、複数の歯車と伝動ロッドとを備え、歯車と伝動ロッドとの協働により伝動角度の９０度の変更を実現する。歯車と伝動ロッドの協働によって伝動角度又は方向の変更を実現する方法は、機械分野の従来の設計であるので、ここで詳細な説明を省略する。図３には、１種の配列方式のみが示されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、角度可変度伝達機構９は、伝達角度の９０度の変更を実現するための複数の歯車のみを備える可能である。伝動角度の９０度の変更を実現する可能な伝動構造であれば、本願の角度可変伝動機構９の保護範囲内である。
【００５６】
本実施例では、海洋エルギー発電装置はさらにギヤボックスを含み、伝動軸９１の一端がギヤボックス９２を介して発電機１に連結されている。発電機１の効率的な動作を確保するために、ギヤボックス９２が常にオイルを交換する必要がある。本願に係るギヤボックス９２および発電機１は、いずれも水面以上にあるので、メンテナンスおよび交換の難度およびコストが大幅に低減される。
【００５７】
図４は、本発明の第４の実施例による海洋エネル発電装置の模式図である。本実施例の発電機１、加速箱１１、液位センサ５２などは、第１の実施例と同様であり、同一な要素には同一な符号を付し、以下では相違点についてのみを説明する。
【００５８】
本実施例では、シールリング４’は端面シール方式でシールし、羽根車ロータ２１’の周囲を直接的に端面シールしているので、カプセル３’の左側のシール構造もそれに対応して微調整されている。本実施例では、貯水タンク５１’は、水平軸水車機の下方に位置しているが、カプセル３’の底部開口の直下ではなく、カプセル３’全体の左側であって、シールリング４’に近接する箇所に位置している。
【００５９】
本実施例では、海洋エネル発電装置４００は、羽根車ロータ２１’のカプセル３’に向く側に位置する止水リング４１をさらに備えている。本実施例では、止水リング４１は、ゴムの止水リングであり、水平軸水車機の回転軸にカバーされている。シールリング４’が弛む場合に、水が隙間からカプセル３’内に入る。浸入した水の大部分は、重力の作用により、貯水タンク５１’内に直接的に垂らし入れる。ごく少量の水が慣性の作用によって回転軸に沿ってカプセル３’内に移動し続ける。止水リング４１は、軸受１２の前方（即ち、図４の左側）に位置しているので、浸入した水が回転軸に沿って軸受１２内に浸入することを効果的に阻止し、軸受１２および他の電気部品をさらに保護する。
【００６０】
本実施例では、水ポンプ５３’は、カプセル３’内に位置している。しかしながら、本発明は、水ポンプ５３’の位置を何ら限定するものではない。第１の実施例で説明したように、水ポンプ５３’を水面Ｐ上に配置することができる。
【００６１】
本実施例の水平軸水車機が可変ピッチの水車である場合、羽根車ロータ２１’が複数の羽根車２１１とハブ２１２とを備える。海洋エネル発電装置４００がさらに複数の羽根車シールリング４２を備え、各羽根車シールリング４２は、各羽根車２１１とハブ２１２の接続箇所に設けられている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、水平軸水車機は、不可変ピッチを有するので、羽根車シールリングを追加的に設ける必要がない。
【００６２】
本実施例では、外軸６’は、一端がカプセル３’に連通し、他端が水面Ｐ以上に位置している。また、外軸６’は、メンテナンス作業者やメンテナンス機器が外軸６’を介してカプセル３’内に入ることができることで、カプセル３’内の電気部品の点検、メンテナンス（オイル交換）やメンテナンス等を行うように、所定の内径幅Ｗを有する。
【００６３】
本発明では、外軸の内径幅Ｗの具体的な数値を何ら限定するものではない。人間でメンテナンス作業を行う場合に、外軸の内径幅Ｗは、大人が通過できる幅べきであり、例えば１．５ｍ以上とすることができる。それに対応して、外軸の内壁には、メンテナンス作業者が外軸からカプセル３に入るはしご６１’が設けられている。ロボットや機器設備でメンテナンス作業を行う場合に、外軸の内径幅はメンテナンス機器が通すことができる幅だけであればいい。本願では、外軸６’の形状を何ら限定するものではない。外軸６’が回転する必要がある場合には、好ましくは円形に設けられ、この場合内径幅Ｗは、環状の内側円の直径である。外軸６’が回転する必要がない場合には、方形に設けれてもよく、この場合内径幅Ｗは方形の内辺長である。
【００６４】
既存の海洋エネル発電装置のすべての部品のメンテナンスは、発電装置の発電を停止してから、水中でどこに故障があるかを点検し、故障があった部品を取り外した後に、水の上に持っていってメンテナンスする必要がある。取り外すことができない部品については、水中でメンテナンスするしかない。メンテナンスの難度が大きく且つコストが高く、メンテナンス作業者にとっても非常に危険である。また、点検を容易に行うことができず、定期的に運転を停止するのみことで点検する。本願の発明者は、モジュール化で取り付ける・メンテナンス可能な海洋エルギー発電装置を発明した（中国発明特許出願公開番号第１０５７３６２２１Ａを参照する）。メンテナンスの際、水車とフレーム全体を一つのモジュールとして水中から水面上に引き上げることができ、それにより水面上でのメンテナンスと点検が容易になる。しかし、海洋エネルギー発電装置の規模と重量のため、水車を引き上げるたびに、大量の人力と物力を消費し、また、一部の発電装置も発電を停止して点検する必要があり、メンテナンスコストが依然として高い。
【００６５】
本実施例の海洋エルギー発電装置４００は、外軸６’が十分な内径幅Ｗを有し、且つ外軸６’の一端が水面Ｐ上に位置しているので、メンテナンス作業者やメンテナンス機器が外軸を介して水面Ｐから海洋エルギー発電装置４００の内部に入り、さらにカプセル３’内に入り、カプセル３’内の全ての電気部品（ギヤボックス、加速箱１１、発電機１）のメンテナンスおよび軸受１２やギヤボックスなどの部品のオイル交換を行う。このようにすることで、水平軸水車機全体を水面に引き上げる必要がなく、全てのメンテナンスを水面下で直接的に（ただし、水を遮断して）行うことができ、メンテナンスに要する人力・物力を削減し、メンテナンスコストを大幅に低減することができる。また、一部の部品は分解することなく、直接的にメンテナンスを行うことができ、メンテナンスの難度を大幅に低下させる。また、メンテナンス作業者やメンテナンス機器は、非常に便利に発電装置４００の内部に入り、電気部品に不具合があるか否かを点検し、早期に不具合を発見することができる。従来の技術では事前点検ができなかったり、発電を停止しなけらば点検ができなかったりする問題を解決した。
【００６６】
本実施例は、水平軸水車機の数を何ら限定するものではない。実際の応用において、水深方向の海洋エネルギーを十分に利用するように水深方向に少なくとも二つの水平軸水車機が設けられている可能である。本実施形態の貯水タンク５１’は、カプセル３’の底部ではなく左側に配置されている。従って、水深方向に２つ以上の水平軸水車機がある場合には、メンテナンス作業者は、貯水タンク５１’に阻まれなく、カプセル３’の底部の開口部から下のカプセルに直接的に降りることができる。
【００６７】
本発明の各実施例における関連特徴は、実際の需要により自由に組み合わせることができ、それらの組み合わせも本発明の保護範囲に属する。例えば、第４の実施例における海洋エネル発電装置４００は、第３の実施例における角度可変伝動機構９を備えてもよく、発電機が水面以上に位置しているが、メンテナンス作業者が外軸からカプセル内に入ることができ、カプセル内の他の電気部品（例えば、角度可変伝動機構の歯車など）のメンテナンスを行うことができる。また、例えば、第４の実施例における海洋エネルギー発電装置４００は、第１の実施例におけるモータ７を備えてもよく、モータ７は、外軸転を回駆動することで水平軸水車機の負荷を効果的に調整するようにしてもよい。水平軸水車機が可変ピッチの水車であれば、外軸が回転してもよく、回転しなくてもよいので、モータ７が設けれられなくてもよい。
【００６８】
特に、第４の実施例では、一端がカプセルに連通し、他端が水面以上に位置する外軸およびメンテナンス作業者やメンテナンス機器が通過できる外軸は、任意の海洋エネルギー発電装置に適用されることができる。換言すれば、海洋エルギー発電装置は、漏水保護装置を備えず、第４の実施例で述べた外軸のみを備えてよく、便利にメンテナンスを行い、メンテナンスコストと難度を低減する目的を達成する。
【００６９】
以上で説明したように、本発明では、漏水保護装置が設けられていることにより、シールリングに多少の経年劣化による弛みがあっても、シールリングの弛み箇所から水が浸入すると、海洋エネルギー発電装置内の漏水も必ず発電機と水平軸水車機のカプセル内に位置する伝動モジュールに広がることがないので、水平軸水車機と発電機の安全性を効果的に確保することができる。最終にシールリングをメンテナンス・交換する頻度を減少させ、メンテナンス・交換作業のコストを大幅に低下させ、海洋エネルギー発電装置が正常に発電する周期を延長させ、発生する利益を確保でき、海洋エネルギー発電装置の商業化運用を向上させた。
【００７０】
本発明の実施例の海洋エネルギー発電装置は、伝動モジュールと角度可変伝動機構が設けられていることにより、従来の水平軸水車発電機の発電機部分や他の加速箱などの電気部品を水中から水面以上に持ち上げることができる。機械分野では角度可変伝動機構があったが、海洋エネルギー発電分野において、当業者は、水平軸発電機の発電機が水車機から外して水面以上に引き上げることを考えていない。当業者は、従来の固有パターンに制限されているので、技術的な偏見があり、垂直軸水車発電機の発電機部分のみが水面上に設けられ、水平軸水車発電機について羽根車の配置を改良して発電電力を向上させるだけと考えられている。本発明はこのような技術的偏見を克服し、従来技術における水平軸水車発電機の全ての電気部品が水中にあるため、メンテナンスと交換が困難であり、コストが高いという課題を解決する。本願の発電機部分は水面以上である（加速箱などの他の電気部品も必要に応じて水面以上に設けられている可能である）ので、後続の発電装置のメンテナンスが水面上で行われ、メンテナンスコストが大幅に低減され、海洋エネルギー発電装置の商業的な運用と普およをさらに促進する。
【００７１】
本発明は、以上のような比較的良好な実施形態により開示されているが、これらは本発明を限定するものではない。いわゆる当業者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、一部の変動や修飾をすることができる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲により定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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