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JP7714228B2 - Water current power generation device - Google Patents
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JP7714228B2 - Water current power generation device - Google Patents

Water current power generation device

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JP7714228B2
JP7714228B2 JP2022072645A JP2022072645A JP7714228B2 JP 7714228 B2 JP7714228 B2 JP 7714228B2 JP 2022072645 A JP2022072645 A JP 2022072645A JP 2022072645 A JP2022072645 A JP 2022072645A JP 7714228 B2 JP7714228 B2 JP 7714228B2
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Description

本発明は、水流発電装置に関する。 The present invention relates to a water current power generation device.

海流には、世界中で年間数百TWhのエネルギーが存在するともいわれている。海流は太陽光や風力の変動に比べると安定しているため、海流を利用した発電は、安定性を有する発電方法として注目されている。さらに、海流発電は、二酸化炭素CO2を排出しないため、環境負荷が極めて小さい自然エネルギーによる発電としても注目されている。
従来より、海や河川の水流を用いてプロペラ等の回転体を回転させることにより、水流の運動エネルギーを電気エネルギーに変換させて発電させる技術は存在する。
It is said that ocean currents contain several hundred TWh of energy per year around the world. Because ocean currents are more stable than the fluctuations of solar and wind power, power generation using ocean currents has attracted attention as a stable power generation method. Furthermore, because ocean current power generation does not emit carbon dioxide (CO2), it has also attracted attention as a natural energy source with an extremely low environmental impact.
BACKGROUND ART Conventionally, there has been a technology that uses the water current of the sea or a river to rotate a rotor such as a propeller, thereby converting the kinetic energy of the water current into electrical energy to generate electricity.

特許文献1には、潮流を利用して発電する技術として、海中の定位置に支持桿を設け、その支持桿に潮流を受けて回転するスクリュー羽根を設け、潮流で回転させるスクリュー羽根の回転力で海面上に設けたステーション内の発電機を駆動して発電する技術が記載されている。スクリュー羽根を支持している筒桿は、スクリュー羽根が潮流に対向する姿勢になるように、支持桿に回転自在に装着されている。 Patent Document 1 describes a technology for generating electricity using tidal currents. This technology involves installing a support rod at a fixed position underwater, mounting screw blades on the support rod that rotate in response to the tidal current, and using the torque of the screw blades, which are rotated by the tidal current, to drive a generator inside a station installed above the sea surface to generate electricity. The cylindrical rod supporting the screw blades is rotatably attached to the support rod so that the screw blades are oriented to face the tidal current.

特許文献2には、海底に固定した垂直材に水中回転体を配置し、海流が水中回転体を回転させた回転エネルギーを海上の発電機に伝達する技術が記載されている。水中回転体と支持部とはユニバーサルジョイント機構で接続されているため、回転体は上下左右の自在の方向に向きを変えることができる。 Patent Document 2 describes a technology in which an underwater rotor is placed on a vertical member fixed to the seabed, and the rotational energy generated by ocean currents rotating the underwater rotor is transmitted to a generator on the sea. The underwater rotor and the support are connected by a universal joint mechanism, so the rotor can be rotated freely in any direction, up and down, left and right.

特開2002-257023号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-257023 特開2009-121241号公報JP 2009-121241 A

しかしながら、特許文献1の発明は、変速機や発電機が海上に浮遊するステーションに配置されており、潮流からスクリュー羽根が受けた回転エネルギーを海上の変速機や発電機に伝達する歯車等の回転力伝達材を必要とする。回転力伝達材を用いて回転を伝達すると機構が複雑になったり、エネルギー損失が発生するおそれがある。 However, in the invention of Patent Document 1, the transmission and generator are located at a floating station on the sea, and require rotational force transmission materials such as gears to transmit the rotational energy received by the screw blades from the tidal current to the transmission and generator on the sea. Using rotational force transmission materials to transmit rotation can complicate the mechanism and may result in energy loss.

また、特許文献2の発明は、海流の流れの向きの変化に応じて、水中回転体の向きを自在に変化させることはできるが、ユニバーサルジョイント機構という小さな接点で連結されているため、充分な強度を確保することが困難であり、ジョイントが破損するリスクがある。 Furthermore, while the invention of Patent Document 2 can freely change the orientation of the underwater rotor in response to changes in the direction of ocean currents, because it is connected by a small contact point called a universal joint mechanism, it is difficult to ensure sufficient strength and there is a risk of the joint breaking.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、水流の方向に変動がある環境であっても、安定して水流から効率よく発電することを目的とする。 The present invention was made in light of these circumstances, and aims to generate stable, efficient electricity from water flow, even in environments where the water flow direction fluctuates.

請求項1に記載された発明は、中空状の支柱と、前記支柱に連結され、回転可能な中空状の回転支柱と、水流により回転する回転体と、前記回転支柱に一端が固定され、前記回転体を支持する回転体支持部材と、前記回転体に固定され前記回転体と一体となって回転するシャフトと、を備え、前記シャフトは前記回転体支持部材の内部空間を通り発電機と繋がり、前記回転体支持部材は、前記回転体の回転軸の方向に伸びる筒状体を有し、前記回転体支持部材から径方向外側に向けて突出した凸部と前記回転体の内側の凹部とが対峙することにより前記回転体を回転可能に支持する、ことを特徴とする水流発電装置である。 The invention described in claim 1 is a water current power generation device comprising: a hollow support; a rotatable hollow rotating support connected to the support; a rotor that rotates due to water flow; a rotor support member having one end fixed to the rotating support member and supporting the rotor; and a shaft that is fixed to the rotor and rotates integrally with the rotor, wherein the shaft passes through the internal space of the rotor support member and is connected to a generator; the rotor support member has a cylindrical body extending in the direction of the rotation axis of the rotor, and the rotor is rotatably supported by a convex portion protruding radially outward from the rotor support member facing a concave portion on the inside of the rotor .

請求項に記載された発明は、前記発電機に繋がれた送電ケーブルは、前記回転体支持部材又は前記支柱の内部空間に敷設された、ことを特徴とする請求項1に記載の水流発電装置である。 The invention described in claim 2 is a water current power generation device described in claim 1 , characterized in that the transmission cable connected to the generator is laid in the internal space of the rotating body support member or the support pillar.

請求項に記載された発明は、前記回転支柱の回転可能な角度の範囲は180度未満であることを特徴とする請求項1に記載の水流発電装置である。 The invention described in claim 3 is the water current power generation device according to claim 1 , characterized in that the range of angles through which the rotating support can rotate is less than 180 degrees.

本発明によれば、水流の方向に変動がある環境であっても、安定して水流から効率よく発電できる。 This invention enables stable and efficient power generation from water flow, even in environments where the direction of the water flow fluctuates.

本発明の第一の実施形態に係る水流発電装置を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a water current power generation device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一の実施形態に係る水流発電装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a water current power generation device according to a first embodiment of the present invention. 第二の実施形態に係る水流発電装置を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a water current power generation device according to a second embodiment. 第三の実施形態に係る水流発電装置を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a water current power generation device according to a third embodiment. 第四の実施形態に係る水流発電装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a water current power generation device according to a fourth embodiment. 第一又は第三の実施形態に係る水流発電装置を複数配置した事例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example in which a plurality of water current power generation devices according to the first or third embodiment are arranged. 第二又は第四の実施形態に係る水流発電装置を複数配置した事例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example in which a plurality of water current power generation devices according to the second or fourth embodiment are arranged. 第三の実施形態に係る水流発電装置を複数配置した事例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example in which a plurality of water current power generation devices according to the third embodiment are arranged. 第三の実施形態に係る水流発電装置を複数配置した別の事例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example in which a plurality of water current power generation devices according to the third embodiment are arranged. 第三及び第四の実施形態に係る水流発電装置を組み合わせた事例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example in which the water current power generation devices according to the third and fourth embodiments are combined.

本発明に係る発電装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。 The power generation device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.

(第一の実施形態)
図1は、本発明の第一の実施形態に係る水流発電装置を示す斜視図である。図1に示すように、本実施形態の水流発電装置1は、海上の浮体式のステーション2から鉛直方向に伸びる支柱3、回転支柱4、支柱5、アンカー6、係留索7、回転体8、回転体支持部材9とからなる。
(First embodiment)
Fig. 1 is a perspective view showing a water current power generation device according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the water current power generation device 1 of this embodiment comprises a support pole 3 extending vertically from a floating station 2 on the sea, a rotating support pole 4, a support pole 5, an anchor 6, a mooring rope 7, a rotor 8, and a rotor support member 9.

ステーション2は、浮力により海上に浮かぶ設備である。支柱5は、海底に設置されたアンカー6に係留索7を介して繋がれているので、水流発電装置1は、海流の影響で流されてしまうことがなく、定点に位置できる。海流の水勢を受けた回転体8は、回転することにより発電を行う。海流の方向に対し回転体8及び回転体支持部材9が回転支柱4よりも下流側に位置するように、回転支柱4は回転する。 Station 2 is a facility that floats on the sea surface due to buoyancy. The support pole 5 is connected to an anchor 6 installed on the seabed via a mooring line 7, so the water current power generation device 1 can remain in a fixed position without being swept away by ocean currents. The rotor 8 generates electricity by rotating under the force of the ocean current. The rotating pole 4 rotates so that the rotor 8 and rotor support member 9 are located downstream of the rotating pole 4 in the direction of the ocean current.

本明細書において、「水流」とは、水又は海水の流れを指し、流線が層状にそろっている層流の方向だけでなく、流線が乱れた乱流状態をも含む。「水流の方向」は、層流でも乱流であっても、流れ全体の主方向を指すものとする。特に断りのない限り、「上方」とは水底から水面上の方向を指し、「下方」とは、水面上から水底の方向を指す。また、特に断りのない限り「前方」は、水流の上流方向、「後方」は、水流の下流方向を指す。 In this specification, "water current" refers to the flow of water or seawater, and includes not only the direction of laminar flow, in which the flow lines are aligned in layers, but also turbulent flow, in which the flow lines are disturbed. "Direction of water current" refers to the main direction of the entire flow, whether it is laminar or turbulent. Unless otherwise specified, "upward" refers to the direction from the bottom of the water to the surface, and "downward" refers to the direction from the surface of the water to the bottom. Also, unless otherwise specified, "forward" refers to the upstream direction of the water current, and "backward" refers to the downstream direction of the water current.

本明細書において、「回転体」とは、水流の勢いを受けて水流エネルギーを回転エネルギーに変える物体又は装置である。そのため、回転体は、水流を受けて回転に変えられるようなブレードを備えていることが望ましい。ブレードは、プロペラであってもよく、回転体の軸方向に対し斜めに螺旋を描く形状であってもよい。 In this specification, a "rotating body" refers to an object or device that receives the force of a water current and converts the water current energy into rotational energy. Therefore, it is desirable for the rotating body to be equipped with blades that can receive the water current and convert it into rotation. The blades may be propellers, or may have a spiral shape that is oblique to the axial direction of the rotating body.

回転体8は、水流のエネルギーを回転体8の回転エネルギーに変換できるような構造体である。例えば、図1に示す例では、回転体8は、回転支柱4の下流側に設置されており、回転体8についている複数のブレード10が水流を受けて回転体8を回転させる構造となっている。ブレード10は、水流を受けて回転体が回転しやすい形状であることが望ましいため、回転体の胴体部を取り巻く螺旋形に形成されていてもよい。 The rotor 8 is a structure that can convert the energy of the water flow into rotational energy for the rotor 8. For example, in the example shown in Figure 1, the rotor 8 is installed downstream of the rotating support 4, and multiple blades 10 attached to the rotor 8 receive the water flow and rotate the rotor 8. It is desirable that the blades 10 have a shape that allows the rotor to easily rotate when receiving the water flow, so they may be formed in a spiral shape that surrounds the body of the rotor.

回転体8の回転軸方向の長さは(胴体部の中央における)径方向の直径よりも大きい形状とすることにより、水流により回転しつつも下流方向に伸びる形状のために上下方向揺動を受けにくい構造としてもよい。第一の実施形態においては、回転体8の径方向の直径は約10m、回転軸方向の長さは約20mである。また、回転体8の材質としては、繊維強化プラスチック(FRP)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP)等の樹脂や金属が用いられる。回転体をチタン合金製とすれば、水中でも錆びることなく、半永久的に使用できる。 The length of the rotor 8 in the direction of the rotation axis may be made greater than its radial diameter (at the center of the body), allowing it to rotate with the water current while extending downstream, making it less susceptible to vertical oscillation. In the first embodiment, the rotor 8 has a radial diameter of approximately 10 m and a length in the direction of the rotation axis of approximately 20 m. The rotor 8 may be made of resins such as fiber-reinforced plastic (FRP) or carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP), or metals. If the rotor is made of a titanium alloy, it will not rust even in water and can be used semi-permanently.

図2は、第一の実施形態に係る水流発電装置の断面図である。支柱3と支柱5との間には回転支柱4が回転可能なように配置されている。支柱3と回転支柱4との連結部分は、回転支柱4の凹部に支柱3の凸部が対峙するように配置され、ベアリング16aで接している。回転支柱4と支柱5との連結部分も、支柱3との連結部分と同様の構成である。回転支柱4は、海流の流向の変化することにより、回転体8が、海流の下流側に位置するか、または上流に対向するように位置できるように、支柱の中心軸の周りを自在に回転する。回転支柱4は360°自在に回転できる機構としてもよいが、海流が右回り又は左回りの回転が継続すると送電ケーブルがねじれてしまうため、回転角度の制約は、海流の主要な方向を中心として、180°未満の予め定めた角度としてもよい。回転支柱の角度に制約をかける機構については、一定角度回転したら、それ以上は回転しないストッパーなどを設置した構造としてもよい。 Figure 2 is a cross-sectional view of a water current power generation device according to the first embodiment. A rotating support 4 is rotatably disposed between support 3 and support 5. The connecting portion between support 3 and rotating support 4 is arranged so that the protruding portion of support 3 faces the recessed portion of rotating support 4, and they are in contact with each other via bearings 16a. The connecting portion between rotating support 4 and support 5 has a similar configuration to the connecting portion with support 3. Rotating support 4 freely rotates around its central axis so that the rotor 8 can be positioned downstream of the ocean current or facing upstream as the direction of the ocean current changes. Rotating support 4 may be configured to rotate 360° freely. However, because the power transmission cable would be twisted if the ocean current continued to rotate clockwise or counterclockwise, the rotation angle may be limited to a predetermined angle less than 180° around the main direction of the ocean current. The mechanism for limiting the angle of the rotating support may be configured with a stopper or other device that prevents further rotation after a certain angle.

回転支柱4は送電ケーブル21または発電機20を収容するための中空の空間が必要である。支柱3または支柱5は、送電ケーブルが延伸できるような空間を確保するため、中空状であることが望ましい。送電ケーブルを海底へ導く場合は、少なくとも下方の支柱5を中空状として、送電ケーブルを下方に通す。一方、送電ケーブルを海上の中継点へ導く場合は、少なくとも上方の支柱3を中空状とすればよい。 The rotating support 4 requires a hollow space to accommodate the power transmission cable 21 or generator 20. Support 3 or support 5 is preferably hollow to ensure sufficient space for the power transmission cable to extend. When leading the power transmission cable to the seabed, at least the lower support 5 is made hollow and the power transmission cable is passed downward. On the other hand, when leading the power transmission cable to an offshore relay point, at least the upper support 3 should be hollow.

回転体8と回転体支持部材9とは、回転体内部の凹部12と回転体支持部材9の凸部13とが噛み合うように配置され、ベアリング14a及び14bと接触している。回転体支持部材9は、中空状である。回転体8の内部に固定されたシャフト11は、回転体支持部材9の中空となっている空間に収容されており、回転支柱4の内部空間に配置された発電機20まで繋がっている。このため、回転体8の回転エネルギーがシャフト11を介して発電機20に伝えられることにより、発電する。「回転体の回転を発電機に伝達するシャフト」とは、直接発電機に繋がるシャフトだけでなく、変速機等を介して回転を発電機に伝えているシャフトも含める。 The rotating body 8 and rotating body support member 9 are arranged so that the recessed portion 12 inside the rotating body engages with the protruding portion 13 of the rotating body support member 9, and are in contact with bearings 14a and 14b. The rotating body support member 9 is hollow. A shaft 11 fixed inside the rotating body 8 is housed in the hollow space of the rotating body support member 9 and is connected to a generator 20 located in the internal space of the rotating support column 4. As a result, the rotational energy of the rotating body 8 is transmitted to the generator 20 via the shaft 11, generating electricity. "A shaft that transmits the rotation of the rotating body to the generator" includes not only a shaft directly connected to the generator, but also a shaft that transmits rotation to the generator via a transmission or the like.

回転体支持部材9は、シャフト11の回転軸に平行に伸びる円筒形状の部材であり、回転体支持部材9の内部をシャフト11が貫通している。回転体支持部材9の一端は回転支柱4に固定されており、他方の一端は、回転体8の内部に収容されるように配置される。回転体8の内部に収容された回転体支持部材9の外側壁面からは、軸の径方向外側に突出した凸部13が円筒の外周に形成されている。凸部13は、回転体8の内側壁面に溝状に形成された凹部12に対峙するように配置される。これにより、回転体8は水流の勢いが強い場合であっても、回転支柱4に固定された回転体支持部材9の凸部13によって支えられることになり、回転体8が水流発電装置からはずれて水流の下流方向へ流されてしまうことなく、しかも回転運動を維持できる。
また、図示しないが、回転体支持部材9は、回転支柱4に固定された状態でありながら、伸縮可能な構造であってもよい。伸縮可能な構造であれば、回転支柱4からの回転体8の距離を調整できるので、水流における回転支柱4の抵抗の影響の少ない最適な位置に回転体8を配置できる。
The rotor support member 9 is a cylindrical member extending parallel to the rotation axis of the shaft 11, with the shaft 11 passing through the interior of the rotor support member 9. One end of the rotor support member 9 is fixed to the rotary support column 4, and the other end is disposed so as to be housed inside the rotor 8. A convex portion 13 that protrudes radially outward from the outer wall surface of the rotor support member 9 housed inside the rotor 8 is formed on the outer periphery of the cylinder. The convex portion 13 is disposed so as to face a groove-shaped concave portion 12 formed on the inner wall surface of the rotor 8. As a result, even when the water current is strong, the rotor 8 is supported by the convex portion 13 of the rotor support member 9 fixed to the rotary support column 4, and the rotor 8 will not come off the water current power generation device and be swept downstream by the water current, and will be able to maintain its rotational motion.
Furthermore, although not shown, the rotor support member 9 may have an extendable structure while being fixed to the rotating support column 4. If the structure is extendable, the distance of the rotor 8 from the rotating support column 4 can be adjusted, so that the rotor 8 can be positioned at an optimal position where the resistance of the rotating support column 4 to the water flow is minimized.

本明細書において、「対峙」とは、対向する部材同士が嵌り合っている状態をいうが、必ずしも対抗する部材同士が接触している必要はなく、互いに離間していながらも向き合う相手部材の特定の動きに制約を及ぼす状態をも含む。例えば、「対峙」は、凸部と凹部とが直接に触れ合っていなくても油やベアリング、又はその組み合わせ等を介して対向する部材同士が互いに支持しあう構造を含む。 In this specification, "facing" refers to a state in which opposing components fit together, but the opposing components do not necessarily have to be in contact with each other; it also includes a state in which the opposing components are separated from each other but restrict specific movements of the opposing components. For example, "facing" includes a structure in which opposing components support each other via oil, bearings, or a combination thereof, even if the convex and concave portions do not come into direct contact.

凸部13の前方側と後方側には、ベアリング14a、14bを支持部材の円筒の外周に複数配置してもよい。後部のベアリング14bは、水流が回転体8を押し流そうとする力を受けるに耐え得る強度が必要とされる。ベアリング14a、14bの存在により、回転体8の回転運動に対する抵抗を小さくして、より高速に回転させることができる。さらに、回転体8の凹部12と凸部13とが形成する空間に油を充填させて、回転体8を滑らかに安定的に回転させることができる。凹部12に油を充填させる場合は、油が漏れないような密閉する構造として公知の技術を使えばよい。 A number of bearings 14a, 14b may be arranged on the outer periphery of the cylinder of the support member on the front and rear sides of the convex portion 13. The rear bearing 14b must be strong enough to withstand the force of the water current trying to wash away the rotor 8. The presence of the bearings 14a, 14b reduces resistance to the rotational motion of the rotor 8, allowing it to rotate at higher speeds. Furthermore, the space formed by the concave portion 12 and convex portion 13 of the rotor 8 can be filled with oil, allowing the rotor 8 to rotate smoothly and stably. When filling the concave portion 12 with oil, known technology can be used to create a sealed structure to prevent oil leakage.

凹部12と凸部13は、回転体8が受ける水流の勢いに耐え、安定的に回転を維持できる強度を有していれば、特に大きさや材質は限定されない。また、凸部13の高さよりも凹部12の深さの方が大きい構造であれば、凹部12と凸部13の間の空間に油やベアリングを充填できるため、滑らかに回転することが可能になる。 There are no particular restrictions on the size or material of the recessed portion 12 and the protruding portion 13, as long as they are strong enough to withstand the force of the water currents that the rotor 8 receives and maintain stable rotation. Furthermore, if the depth of the recessed portion 12 is greater than the height of the protruding portion 13, the space between the recessed portion 12 and the protruding portion 13 can be filled with oil or bearings, allowing for smooth rotation.

凸部13の前方側のベアリング14aと凸部13の後方側のベアリング14bとは、同じ大きさであってもよく、同じ大きさでなくてもよい。後方側のベアリング14bは、回転体8を水流が押し流そうとする力を受け止めるだけの強度が必要であると同時に回転も維持する必要があることから、前方側のベアリング14aよりも大きな径のベアリングとしてもよい。後方側のベアリング14bを前方側のベアリング14aよりも大きくすることで、水流が回転体を後方へ押す力に対する支持を強固にできる。
また、回転体8の周囲に配置される凸部13の前方側のベアリング14aの個数よりも凸部13の後方側のベアリング14bの数を多くしてもよい。凸部13の後方側のベアリング14bが多く配置されることにより、凸部13と複数のベアリング14bとの接点が増えるので、水流が回転体を後方へ押す力に対する支持を強固にすることができ、回転体8の揺動抑制の効果も発揮できる。
The bearing 14a on the front side of the convex portion 13 and the bearing 14b on the rear side of the convex portion 13 may or may not be the same size. The rear bearing 14b needs to be strong enough to withstand the force of the water flow trying to sweep away the rotor 8 while also maintaining rotation, so it may be a bearing with a larger diameter than the front bearing 14a. Making the rear bearing 14b larger than the front bearing 14a allows for stronger support against the force of the water flow pushing the rotor backward.
Furthermore, the number of bearings 14b on the rear side of the convex portion 13 may be greater than the number of bearings 14a on the front side of the convex portion 13 arranged around the rotor 8. By arranging more bearings 14b on the rear side of the convex portion 13, the number of contact points between the convex portion 13 and the plurality of bearings 14b increases, which makes it possible to strengthen support against the force of the water flow pushing the rotor backward and also exerts the effect of suppressing the swinging of the rotor 8.

また、回転体8の内部の空洞に水が浸入しないように、防水機構を設けてもよい。防水機構は公知の防水技術でよく、例えば、図2に示すように、回転体8と回転体支持部材9との間の隙間にOリング15を配置して、回転は維持しつつも、回転体の内部に水が浸入しないような構造であってもよい。 A waterproofing mechanism may also be provided to prevent water from entering the cavity inside the rotor 8. The waterproofing mechanism may be a known waterproofing technique, such as an O-ring 15 placed in the gap between the rotor 8 and the rotor support member 9, as shown in Figure 2, to maintain rotation while preventing water from entering the rotor.

図2に示す事例では、回転体8に凹部12が設けられ、回転体支持部材9に凸部13が設けられているが、凹凸関係は逆であってもよい。即ち、回転体支持部材9側に凹部が設けられ、回転体の内側壁面から径方向内側に突出した凸部が、回転体支持部材9の凹部と対峙する構成とすることもできる。 In the example shown in Figure 2, a recess 12 is provided on the rotor 8 and a protrusion 13 is provided on the rotor support member 9, but the recess-protrusion relationship may be reversed. That is, a recess may be provided on the rotor support member 9, and a protrusion protruding radially inward from the inner wall surface of the rotor may face the recess on the rotor support member 9.

本実施形態の回転体は、回転支柱4よりも下流側で回転するダウンウィンド型の回転体である。海流が回転支柱4の抵抗により流速が減少したり流れが乱れるため、回転支柱4から回転体8を一定距離だけ離して配置することが望ましい。少なくとも回転支柱の直径以上の距離に回転体を配置することが望ましい。 The rotor in this embodiment is a downwind type rotor that rotates downstream of the rotating support strut 4. Because the resistance of the rotating support strut 4 reduces the flow speed of ocean currents and causes turbulence, it is desirable to position the rotor 8 a certain distance away from the rotating support strut 4. It is desirable to position the rotor at a distance at least equal to or greater than the diameter of the rotating support strut.

以上、説明したように第一の実施形態に係る水流発電装置は、回転体8の揺動を抑制しつつ、海流の方向が変動する環境下であっても効率的に発電できる。また、第一の実施形態に係る水流発電装置は、回転体8と一体に回転するシャフト11が回転支柱4内の発電機に直結しているため、発電機20が海上に設置された場合に比べると歯車等を用いた伝動機構による回転エネルギー損失が少なくて済む。 As explained above, the water current power generation device according to the first embodiment can efficiently generate power even in environments where the direction of ocean currents fluctuates, while suppressing the oscillation of the rotor 8. Furthermore, in the water current power generation device according to the first embodiment, the shaft 11, which rotates integrally with the rotor 8, is directly connected to the generator inside the rotating support 4, so there is less rotational energy loss due to a transmission mechanism using gears or the like compared to when the generator 20 is installed on the sea.

(第二の実施形態)
図3は、第二の実施形態に係る水流発電装置を示す断面図である。第二の実施形態は、海流の水勢を受けて回転体8が回転して発電をする際に、回転体8が回転支柱4よりも上流側に位置する、すなわち、アップウィンド型である点が第一の実施形態と異なる。第一の実施形態では、回転体8が回転支柱4の下流側に位置しているため、回転支柱4による水流の抵抗が発電効率を低下させる影響を考慮して、回転体支持部材9の長さを長く流線形にする必要があった。第二の実施形態では、回転体8が回転支柱4よりも上流にあるため、回転体8の下流側に配置される回転体支持部材9を長くする必要がない。
また、回転体8と回転体支持部材9との間には、防水機構を設けることが望ましい。図3では、Oリング15が配置されているが、例えば、ベローズのようなその他の既知の防水機構であってもよい。
Second Embodiment
Figure 3 is a cross-sectional view showing a water current power generation device according to a second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in that when the rotor 8 rotates due to the force of the ocean current to generate power, the rotor 8 is located upstream of the rotating support column 4, i.e., it is an upwind type. In the first embodiment, because the rotor 8 is located downstream of the rotating support column 4, it was necessary to make the rotor support member 9 long and streamlined to take into account the effect of the resistance of the water flow caused by the rotating support column 4, which reduces power generation efficiency. In the second embodiment, because the rotor 8 is located upstream of the rotating support column 4, it is not necessary to lengthen the rotor support member 9 located downstream of the rotor 8.
It is also desirable to provide a waterproof mechanism between the rotor 8 and the rotor support member 9. In Fig. 3, an O-ring 15 is disposed, but other known waterproof mechanisms such as a bellows may also be used.

回転体8が海流の水勢を受けることにより上流の方向を向くように、回転支柱4が回転する。すなわち回転体8が海流に対向するように回転支柱4が回転する。仮に、回転支柱4の代わりに回転しない支柱に対し特定の方角に回転体支持部材9が固定されている場合であれば、回転体8が斜めや横方向などから水流を受け止めるため、回転体8は効率的に回転せず、振動も大きくなるため、発電効率は低下してしまう。本実施形態では、回転支柱4の回転により最も効率のよい方角に回転体8を向けることができるため、効率的に発電をすることが可能になる。 The rotating support 4 rotates so that the rotor 8 faces upstream due to the force of the ocean current. In other words, the rotating support 4 rotates so that the rotor 8 faces the ocean current. If, instead of the rotating support 4, a rotor support member 9 were fixed in a specific direction to a non-rotating support, the rotor 8 would receive the water current from an angle or sideways, causing the rotor 8 to rotate inefficiently and increasing vibrations, resulting in reduced power generation efficiency. In this embodiment, the rotation of the rotating support 4 allows the rotor 8 to face in the most efficient direction, enabling efficient power generation.

(第三の実施形態)
図4は、第三の実施形態に係る水流発電装置を示す断面図である。第三の実施形態は、発電機20が回転体支持部材9の内部空間に収容されている点と発電機20とシャフト11の間に変速機30が介在している点が第一の実施形態と異なるが、その他の構成は第一の実施形態と同じである。
発電機20と変速機30を回転体支持部材9の内部空間に収容することで、シャフト11の長さを短くし、回転支柱4の内部空間が小さくても足りることになる。
(Third embodiment)
4 is a cross-sectional view of a water current power generation device according to a third embodiment. The third embodiment differs from the first embodiment in that the generator 20 is housed in the internal space of the rotor support member 9 and that a transmission 30 is interposed between the generator 20 and the shaft 11. However, the other configurations are the same as those of the first embodiment.
By accommodating the generator 20 and the transmission 30 in the internal space of the rotor support member 9, the length of the shaft 11 can be shortened, and the internal space of the rotary support column 4 can be made small.

(第四の実施形態)
図5は、第四の実施形態に係る水流発電装置を示す断面図である。第四の実施形態は、発電機20が回転体支持部材9の内部空間に収容されている点と発電機20とシャフト11の間に変速機30が介在している点が第二の実施形態と異なるが、その他の構成は第二の実施形態と同じである。
発電機20と変速機30を回転体支持部材9の内部空間に収容することで、シャフト11の長さを短くし、回転支柱4の内部空間が小さくても足りることになる。
(Fourth embodiment)
5 is a cross-sectional view showing a water current power generation device according to a fourth embodiment. The fourth embodiment differs from the second embodiment in that the generator 20 is housed in the internal space of the rotor support member 9 and that a transmission 30 is interposed between the generator 20 and the shaft 11. However, the other configurations are the same as those of the second embodiment.
By accommodating the generator 20 and the transmission 30 in the internal space of the rotor support member 9, the length of the shaft 11 can be shortened, and the internal space of the rotary support column 4 can be made small.

(複数の回転体を配置した実施形態)
第一の実施形態に係る水流発電装置及び第三の実施形態に係る水流発電装置は、回転体8が回転支柱4よりも下流側に位置して発電を行う装置である。第一の実施形態又は第三の実施形態における水流発電装置を複数配置できる。
例えば、図6に示す事例では、鉛直方向の深さの異なる3つの位置にそれぞれ回転体が直列に配置されている。海流は、深さにより流れの方向が異なることがある。そのような場合、本事例であれば、異なる深さのそれぞれにおいて最適な方位に回転体が位置するようにそれぞれの回転支柱4が回転できるので、回転体が特定方向に固定されたシステムに比べると、全体として発電効率が向上することになる。
(Embodiment in which multiple rotating bodies are arranged)
The water current power generation device according to the first embodiment and the water current power generation device according to the third embodiment are devices that generate power with the rotor 8 located downstream of the rotary support column 4. A plurality of water current power generation devices according to the first embodiment or the third embodiment can be arranged.
For example, in the example shown in Figure 6, rotors are arranged in series at three different vertical depths. Ocean currents may flow in different directions depending on the depth. In such cases, in this example, each rotating support 4 can rotate so that the rotors are positioned in the optimal direction at each of the different depths, thereby improving overall power generation efficiency compared to a system in which the rotors are fixed in a specific direction.

第二の実施形態に係る水流発電装置及び第四の実施形態に係る水流発電装置は、回転体8が回転支柱4よりも上流側に位置して発電を行う装置である。第二の実施形態又は第四の実施形態における水流発電装置を複数配置できる。
例えば、図7に示す事例では、鉛直方向の深さの異なる3つの位置にそれぞれ回転体が直列に配置されている。海流は、深さにより流れの方向が異なることがある。そのような場合、本事例であれば、異なる深さのそれぞれにおいて最適な方位に回転体が位置するようにそれぞれの回転支柱4が回転できるので、回転体が特定方向に固定されたシステムに比べると、全体として発電効率が向上することになる。
The water current power generation device according to the second embodiment and the water current power generation device according to the fourth embodiment are devices that generate power with the rotor 8 located upstream of the rotary support column 4. A plurality of water current power generation devices according to the second embodiment or the fourth embodiment can be arranged.
For example, in the example shown in Figure 7, rotors are arranged in series at three different vertical depths. Ocean currents may flow in different directions depending on the depth. In such a case, in this example, each rotating support 4 can rotate so that the rotors are positioned in the optimal direction at each of the different depths, thereby improving overall power generation efficiency compared to a system in which the rotors are fixed in a specific direction.

第三の実施形態に係る水流発電装置は、発電機20が回転体支持部材9の内部に収容されていた。ここで、回転体支持部材は、図4に示すように回転体から回転支柱4に向かう方向に直線的に伸びる部材だけで構成されている部材に限定されない。例えば、図8は、第三の実施形態に係る水流発電装置を複数配置した事例を示す図である。本事例では、回転体支持部材9は、部材9a、9b、9cが連結して構成されている。図示していないが、部材9a、9b、9cのいずれの部材も内部が中空の空間を有しているため、発電機に繋がれた送電ケーブルは、回転体支持部材9の中空空間を経由して、支柱の内部に到達させることができる。 In the water current power generation device according to the third embodiment, the generator 20 is housed inside the rotor support member 9. Here, the rotor support member is not limited to a member consisting solely of members extending linearly from the rotor toward the rotating support column 4, as shown in Figure 4. For example, Figure 8 shows an example in which multiple water current power generation devices according to the third embodiment are arranged. In this example, the rotor support member 9 is composed of members 9a, 9b, and 9c connected together. Although not shown, each of members 9a, 9b, and 9c has a hollow space inside, so the power transmission cable connected to the generator can reach the inside of the support column via the hollow space in the rotor support member 9.

図9は、第三の実施形態に係る水流発電装置を複数配置した別の事例を示す図である。本事例では、同じ深さの水平面上に3つの回転体を配置した事例である。発電機は各回転体支持部材内に配置されている。発電機を回転支柱4の内部に配置する場合、回転支柱4の内部空間に3つの発電機を配置するか、各回転体の回転を回転支柱4まで伝える複雑な伝動機構が必要となる。本事例であれば、発電機は各回転体支持部材の内部に配置されており、各発電機から送電ケーブルが各回転体支持部材の内部を経由して回転支柱4の内部に到達することができ、支柱内部のスペースが不足することがない。 Figure 9 shows another example of an arrangement of multiple water current power generation devices according to the third embodiment. In this example, three rotors are arranged on a horizontal plane at the same depth. A generator is located inside each rotor support member. If generators were placed inside the rotating support column 4, either three generators would be placed in the internal space of the rotating support column 4, or a complex transmission mechanism would be required to transmit the rotation of each rotor to the rotating support column 4. In this example, the generators are located inside each rotor support member, and power transmission cables can run from each generator through the inside of each rotor support member to the inside of the rotating support column 4, ensuring that there is no shortage of space inside the column.

図10は、第三及び第四の実施形態に係る水流発電装置を組み合わせた事例を示す図である。回転体を同じ深さで前後に配置すると、後方の回転体は、前方の回転体による水流の変化の影響を受けてしまうので、なるべく前後の回転体の距離を長くとることが望ましい。 Figure 10 shows an example of a combination of the water current power generation devices according to the third and fourth embodiments. If the rotors are placed at the same depth, the rear rotor will be affected by changes in the water flow caused by the front rotor, so it is desirable to keep the distance between the front and rear rotors as long as possible.

本明細書の実施形態では、海中の海流による発電装置として説明を行ったが、本発明は海流に限定されず、河川、湖など水の流れのある場所における発電装置を含むものである。 In the embodiments described herein, a power generation device that uses underwater ocean currents has been described, but the present invention is not limited to ocean currents and includes power generation devices in places with flowing water, such as rivers and lakes.

1…水流発電装置、2…ステーション、3…支柱、4…回転支柱、5…支柱、6…アンカー、7…係留索、8…回転体、9…回転体支持部材、10…ブレード、11…シャフト、12…凹部、13…凸部、14a、14b…ベアリング、15…Oリング、16a、16b…ベアリング、20…発電機、21…送電ケーブル、30…変速機 1...Water current power generation device, 2...Station, 3...Support, 4...Rotating support, 5...Support, 6...Anchor, 7...Mooring line, 8...Rotor, 9...Rotor support member, 10...Blade, 11...Shaft, 12...Concave, 13...Convex, 14a, 14b...Bearing, 15...O-ring, 16a, 16b...Bearing, 20...Generator, 21...Transmission cable, 30...Transmission

Claims (3)

中空状の支柱と、
前記支柱に連結され、回転可能な中空状の回転支柱と、
水流により回転する回転体と、
前記回転支柱に一端が固定され、前記回転体を支持する回転体支持部材と、
前記回転体に固定され前記回転体と一体となって回転するシャフトと、を備え、
前記シャフトは前記回転体支持部材の内部空間を通り発電機と繋がり、
前記回転体支持部材は、前記回転体の回転軸の方向に伸びる筒状体を有し、
前記回転体支持部材から径方向外側に向けて突出した凸部と前記回転体の内側の凹部とが対峙することにより前記回転体を回転可能に支持する、
ことを特徴とする水流発電装置。
A hollow support pillar,
a hollow rotating support rod connected to the support rod and rotatable;
A rotating body that rotates due to the water flow;
a rotor support member having one end fixed to the rotary support column and supporting the rotor;
a shaft fixed to the rotating body and rotating integrally with the rotating body,
The shaft passes through the internal space of the rotor support member and is connected to a generator,
the rotor support member has a cylindrical body extending in the direction of the rotation axis of the rotor,
A convex portion protruding radially outward from the rotor support member faces a concave portion on the inner side of the rotor, thereby rotatably supporting the rotor.
A water current power generation device characterized by:
前記発電機に繋がれた送電ケーブルは、前記回転体支持部材又は前記支柱の内部空間に敷設された、ことを特徴とする請求項1に記載の水流発電装置。 2. The water current power generation device according to claim 1 , wherein a power transmission cable connected to the generator is laid in an internal space of the rotor support member or the support column. 前記回転支柱の回転可能な角度の範囲は180度未満であることを特徴とする請求項1に記載の水流発電装置。 2. The water current power generation device according to claim 1 , wherein the range of rotation angles of the rotating support is less than 180 degrees.
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