特開 2023-97872 タービンブレード及び水流発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023097872

(43)【公開日】2023-07-10

(54)【発明の名称】タービンブレード及び水流発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/12 20060101AFI20230703BHJP

【ＦＩ】

F03B3/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021214237

(22)【出願日】2021-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【識別番号】100133307

【弁理士】

【氏名又は名称】西本 博之

(72)【発明者】

【氏名】村田 祥

(72)【発明者】

【氏名】嶋津 恭弘

(72)【発明者】

【氏名】百々 泰

【テーマコード（参考）】

3H072

【Ｆターム（参考）】

3H072AA09

3H072AA26

3H072BB27

3H072CC43

3H072CC67

(57)【要約】

【課題】中空のブレード本体の内部に海水などの液体が浸入すると、安定した発電に不利に働く可能性がある。
【解決手段】水流発電用のタービンブレード９において、中空のブレード本体９１と、ブレード本体９１を支持する取付座９２と、ブレード本体９１の内部に収容された浮力発生体９０と、取付座９２とブレード本体９１とを連結する連結構造１０と、を備え、ブレード本体９１は、内部に連通する開口Ｍが形成された端面部９１ｙを備え、取付座９２は、端面部９１ｙに当接する本体受け部９２ａを備え、連結構造１０は、端面部９１ｙと本体受け部９２ａとを圧接して接続する接続部１３と、端面部９１ｙと本体受け部９２ａとの間で、開口Ｍを囲むように配置されたシール材１４と、を備えている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水流発電用のタービンブレードにおいて、
中空のブレード本体と、
前記ブレード本体を支持する取付座と、
前記ブレード本体の内部に収容された浮力発生体と、
前記取付座と前記ブレード本体とを連結する連結部と、を備え、
前記ブレード本体は、前記内部に連通する開口が形成された端面部を備え、
前記取付座は、前記端面部に当接する本体受け部を備え、
前記連結部は、前記端面部と前記本体受け部とを圧接して接続する接続部と、前記端面部と前記本体受け部との間で、前記開口を囲むように配置された環状のシール材と、を備えているタービンブレード。

【請求項2】

前記取付座は、前記本体受け部から突出すると共に、前記端面部を含む根本部を外嵌する外筒部を更に備えている、請求項１記載のタービンブレード。

【請求項3】

前記接続部は、前記本体受け部を貫通すると共に、前記端面部に交差して前記ブレード本体の長手方向に延在する接合ボルトと、前記ブレード本体に設置されると共に、前記接合ボルトに螺合されるナットと、を備えている、請求項１または２記載のタービンブレード。

【請求項4】

前記接合ボルトは、前記開口の周りに複数配置されており、
前記ナットは、前記各接合ボルトに螺合すると共に、前記開口の周方向に沿うように複数設けられており、
前記周方向に沿って隣接して並ぶ二つの前記ナットを比較した場合、前記各ナットから前記端面部までの距離は異なる、請求項３記載のタービンブレード。

【請求項5】

前記接合ボルトは、前記開口の周りに複数配置されており、
前記シール材は、前記開口及び前記複数の接合ボルトを囲むように配置されている、請求項３または４記載のタービンブレード。

【請求項6】

前記取付座は、前記本体受け部から突出すると共に、前記端面部を含む根本部を外嵌する外筒部を更に備え、
前記根本部は、前記端面部から離れるほど外径が拡径するテーパ部を備えており、
前記外筒部は、前記テーパ部に対応して前記本体受け部から離れるほど内径が拡径する受け側テーパ部を備えている、請求項１～５のいずれか一項記載のタービンブレード。

【請求項7】

水流発電装置において、
胴体の内部に配置された発電機と、
前記発電機のロータに接続された回転軸と、
前記回転軸に接続されたタービンブレードと、を備え、
前記タービンブレードは、
中空のブレード本体と、
前記ブレード本体を支持する取付座と、
前記ブレード本体の内部に収容された浮力発生体と、
前記取付座と前記ブレード本体とを連結する連結部と、を備え、
前記ブレード本体は、前記内部に連通する開口が形成された端面部を備え、
前記取付座は、前記端面部に当接する本体受け部を備え、
前記連結部は、前記端面部と前記支持受け部とを圧接して接続する接続部と、前記端面部と前記本体受け部との間に配置されると共に、前記開口を囲むように配置された環状のシール材と、を備えている、水流発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水流発電用のタービンブレード及び水流発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水流を利用して発電する発電装置が知られている（特許文献１、２参照）。この種の発電装置は、海中の所定位置に設置されたタービンブレードを備えており、タービンブレードの回転を受けて発電される。これに対し、海中を浮遊した状態で発電する水流発電装置が知られている（特許文献３参照）。浮遊式水流発電装置は、水中で浮遊する胴体と、胴体の内部に配置された発電機と、発電機のロータに接続された回転軸とを備えている。回転軸には、タービンブレードが接続されており、タービンブレードの回転は発電機のロータに伝達されて発電される。タービンブレード内には、発泡樹脂等の浮力発生体が配置されている。なお、水流発電用のタービンブレードと風力発電用のタービンブレードとは、技術分野として本質的に異なるが、例えば、非特許文献１、２には、風力発電用のタービンブレードについて開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６-１６０７５７号公報

【特許文献2】特表２００６-５００５１０号公報

【特許文献3】特開２０２０-９４５５２号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】CompositeStructures, Volume 133, 1 December 2015, p.878-885

【非特許文献2】The Concept of Segmented Wind Turbine Blades: A Review Energies2017, 10(8), 1112 p.1-20

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

中空のブレード本体の内部に海水などの液体が浸入すると、安定した発電に不利に働く可能性がある。

【0006】

本開示は、中空のブレード本体の内部に海水などの液体が浸入することを阻止して止水性を向上するタービンブレード及び水流発電装置を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、水流発電用のタービンブレードにおいて、中空のブレード本体と、ブレード本体を支持する取付座と、ブレード本体の内部に収容された浮力発生体と、取付座とブレード本体とを連結する連結部と、を備え、ブレード本体は、内部に連通する開口が形成された端面部を備え、取付座は、端面部に当接する本体受け部を備え、連結部は、端面部と本体受け部とを圧接して接続する接続部と、端面部と本体受け部との間で、開口を囲むように配置された環状のシール材と、を備えている。

【0008】

このタービンブレードは、中空のブレード本体を備えており、ブレード本体の端面部には、ブレード本体の内部に連通する開口が形成されている。ブレード本体と取付座とは、連結部によって連結されている。ブレード本体の端面部は、取付座の本体受け部に当接している。連結部の環状のシール材は、端面部と本体受け部との間で開口を囲むように配置されており、接続部は端面部と本体受け部とを圧接する。その結果、開口を囲むように配置されているシール材は、端面部と本体受け部との両方に密着され、外部から開口に向けた液体の浸入を阻止する。したがって、中空のブレード本体の内部に海水などの液体が浸入することを阻止して止水性を向上する。

【0009】

いくつかの態様において、取付座は、本体受け部から突出すると共に、端面部を含む根本部を外嵌する外筒部を更に備えていてもよい。外筒部で根本部を囲むように保持するので、止水性が向上すると共に、取付座によって支持されたブレード本体が安定する。

【0010】

いくつかの態様において、接続部は、本体受け部を貫通すると共に、端面部に交差してブレード本体の長手方向に延在する接合ボルトと、ブレード本体に設置されると共に、接合ボルトに螺合されるナットと、を備えていてもよい。接合ボルトをナットに螺合して締結することにより、端面部と本体受け部とを強固に圧接して止水性を向上できる。

【0011】

いくつかの態様において、接合ボルトは、端面部の開口の周りに複数配置されており、ナットは、各接合ボルトに螺合すると共に、開口の周方向に沿うように複数設けられており、周方向に沿って隣接して並ぶ二つのナットを比較した場合、各ナットから端面部までの距離は異なるような態様であってもよい。例えば、端面部からの距離が短いナットと、その距離が長いナットとが周方向で交互に並ぶような千鳥状の配置になるため、隣り合うナット同士の間の距離（肉厚）を確保し易くなり、構造上の強度を確保し易い。

【0012】

いくつかの態様において、接合ボルトは、端面部の開口の周りに複数配置されており、シール材は、開口及び複数の接合ボルトを囲むように配置されていてもよい。外部の液体は、複数の接合ボルトに到達する前にシール材によって内部への浸入を阻止される。その結果、接合ボルトとナットとの螺合箇所を経由して、液体がブレード本体の内部に浸入するのを阻止でき、止水性を向上できる。

【0013】

いくつかの態様において、取付座は、本体受け部から突出すると共に、端面部を含む根本部を外嵌する外筒部を更に備え、根本部は、端面部から離れるほど外径が拡径するテーパ部を備えており、外筒部は、テーパ部に対応して本体受け部から離れるほど内径が拡径する受け側テーパ部を備えていてもよい。根本部を外筒部に差し入れるように装着する際、テーパ部は受け側テーパ部に案内されるように移動するので、根本部を外筒部内の適切な位置に配置することが容易になる。

【0014】

本開示の一態様は、水流発電装置において、胴体の内部に配置された発電機と、発電機のロータに接続された回転軸と、回転軸に接続されたタービンブレードと、を備え、タービンブレードは、中空のブレード本体と、ブレード本体を支持する取付座と、ブレード本体の内部に収容された浮力発生体と、取付座とブレード本体とを連結する連結部と、を備え、ブレード本体は、内部に連通する開口が形成された端面部を備え、取付座は、端面部に当接する本体受け部を備え、連結部は、端面部と支持受け部とを圧接して接続する接続部と、端面部と本体受け部との間に配置されると共に、開口を囲むように配置された環状のシール材と、を備えている。

【0015】

この水流発電装置によれば、中空のブレード本体の内部に海水などの液体が浸入することを阻止して止水性を向上する。

【発明の効果】

【0016】

本開示のいくつかの態様によれば、中空のブレード本体の内部に海水などの液体が浸入することを阻止して止水性を向上する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、水流発電装置の一実施形態を示す概略構成図である。

【図2】図２は、タービンを拡大して示す側面図である。

【図3】図３は、タービンブレードの斜視図である。

【図4】図４は、ブレード本体が固定された取付座を示し、（ａ）図は側面図であり、（ｂ）図は、（ａ）図のｂ－ｂ線に沿った断面図である。

【図5】図５は、取付座に固定されたブレード本体の根本部を拡大して示す断面図であり、（ａ）図は図４の（ｂ）図のＶ（ａ）-Ｖ（ａ）線に沿った断面図であり、（ｂ）図は図４の（ｂ）図のＶ（ｂ）-Ｖ（ａ）線に沿った断面図である。

【図6】図６は、変形形態に係る取付座及びブレード本体の根本部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

【0019】

図１は、本実施形態に係る水流発電装置を示す概略構成図である。水流発電装置（以下、「発電装置１」と称する）は、例えば、海流（水流）ＦＬを利用して発電する浮遊式海流発電装置である。

【0020】

図１に示されるように、発電装置１は、海水中において所定の深度（水深）で浮遊する浮体２と、浮体２に対して回転可能に取り付けられているタービン３と、浮体２に収容されておりタービン３の回転によって発電する発電機４とを備える。浮体２は、海底Ｂに固定されたシンカー５に対して、係留索５１を介して接続されている。なお、シンカー５に代えてアンカーが用いられてもよい。

【0021】

浮体２は、一対の発電ポッド６と、一対の発電ポッド６を連結するクロスビーム８と、クロスビーム８に固定された中央ポッド７とを備えている。一対の発電ポッド６は、同方向を向くように例えば左右に並んで配置されている。一対の発電ポッド６は、クロスビーム８によって互いに連結されており、中央ポッド７は、クロスビーム８の略中央の下面に固定されている。発電ポッド６及び中央ポッド７は、中空の筒状容器であり、長手方向が同一方向を向くように配置されている。発電ポッド６の後部には、タービン３が設けられている。発電ポッド６及び中央ポッド７は、タービン３に適正な浮力を付与する。

【0022】

この浮力は、発電ポッド６及び中央ポッド７に搭載される浮力調整機構によって提供される。浮力調整機構は、浮力調整用のタンクを含んでおり、このタンクに海水を注排水することによって、浮体２の内部の空間容積量が調整される。浮力調整機構は、具体的には、各発電ポッド６、中央ポッド７及びクロスビーム８の内部の空間容積量をそれぞれ調整する。浮力調整機構は、これらの空間容積量の調整によって、浮体２に加わる浮力を調整する。

【0023】

クロスビーム８は、一対の発電ポッド６間の対向方向に沿って延在する中空の板状部材である。クロスビーム８は、その内部に空洞を有することによって浮力を発生している。クロスビーム８の形状は、浮遊する発電装置１の姿勢を安定させるべく、左右方向から見て例えば翼形状である。クロスビーム８の左右方向の両端は、例えば、一対の発電ポッド６の中央部にそれぞれ固定されている。また、クロスビーム８には、係留索５１が接続されている。係留索５１は、クロスビーム８に代えて発電ポッド６に接続されていてもよい。

【0024】

図１及び図２に示されるように、タービン３は、発電ポッド６（胴体の一例）内の発電機４に回転軸３１を介して接続されている。発電機４は、ステータ４１とロータ４２とを備えており、回転軸３１の一方端を含む部分（前部）はロータ４２に接続されている。回転軸３１は、発電ポッド６の長手方向に沿うように後方に向けて延在する。発電ポッド６の後部には、主軸受けとなるハブ６１が設けられており（図２参照）、回転軸３１の他方端を含む部分（後部）は、ハブ６１に回転自在に支持された状態で発電ポッド６から露出している。

【0025】

本実施形態に係るタービン３は、発電ポッド６の後部、つまり、発電ポッド６が海流ＦＬを受ける下流側に配置されている。発電ポッド６の後部にタービン３を配置する構成は、いわゆるダウンウィンド型である。なお、タービン３は、アップウィンド型であってもよい。

【0026】

図１及び図２に示されるように、タービン３は、回転軸３１と、回転軸３１に設けられた１枚若しくは複数枚のタービンブレード９とを備えている。本実施形態では、２枚のタービンブレード９を例示している。回転軸３１は、前述の通り、発電ポッド６の内部において発電機４のロータ４２に接続されている。回転軸３１の回転軸線Ｌａは、発電ポッド６の中心軸線と略一致（実質的に一致）している。

【0027】

タービンブレード９は、回転軸線Ｌａまわりの回転運動を生じさせる翼部材であり、海流ＦＬを受けて回転する。タービンブレード９による回転運動は、回転軸３１を介して発電機４に提供される。発電機４は、この回転駆動力に応じて発電する。なお、各タービンブレード９のピッチ角度は、任意の角度に調整可能とされている。

【0028】

発電装置１には、発電機４により発電された電力を送電するための送電ケーブル４３が設けられている。送電ケーブル４３の一端は、クロスビーム８を介して発電ポッド６内の発電機４に接続されており、送電ケーブル４３の他端は、例えばシンカー５内に設けられた中継器（又は変圧器等）を介して海底送電ケーブル４４に接続されている。海底送電ケーブル４４は、海底Ｂに敷設されており、例えば地上の電力系統（外部電源等）に接続される。発電機４によって発電された電力は、送電ケーブル４３及び海底送電ケーブル４４を通じて、当該電力系統に送電される。逆に、当該電力系統から各発電ポッド６に給電することもできる。なお、中継器は、シンカー５外の海底Ｂに設置されてもよい。

【0029】

図２及び図３に示されるように、タービンブレード９は、回転軸３１に回転自在に取り付けられた旋回部３２と、旋回部３２に固定された取付座９２と、取付座９２に固定された中空のブレード本体９１と、ブレード本体９１内に設けられた骨組部９３と、ブレード本体９１内に収容された浮力発生体９０と、を備えている。ブレード本体９１は、骨組部９３及び浮力発生体９０を収容した状態で取付座９２に着脱自在である。したがって、ブレード本体９１が損傷あるいは経年劣化した場合には、ブレード本体９１は、取付座９２から取り外して交換できる。なお、ブレード本体９１の外表面の全体には、防食塗装が施されている。

【0030】

旋回部３２は、取付座９２に固定される円盤状の旋回テーブル３２ａと、旋回テーブル３２ａを回転自在に支持する旋回軸受３２ｂと、旋回軸受３２ｂの回転角を所定角度に調整可能な角度調整機構等を備えている。旋回軸受３２ｂの回転軸線（旋回軸線Ｌｂ）は、主軸である回転軸３１の回転軸線Ｌａに交差する方向に延在しており、例えば、直交している。旋回軸受３２ｂの回転角を角度調整機構によって調整することにより、タービンブレード９のピッチ角度の調整が可能になる。

【0031】

図３に示されるように、ブレード本体９１は、旋回軸線Ｌｂに沿って延在するカバー部材である。ブレード本体９１は、骨組部９３を挟持するように覆う一対の外皮材９１ａと、一対の外皮材９１ａの接続線である側部を補強する補強材９１ｂとを備えている。一対の外皮材９１ａ、補強材９１ｂは、例えば、接着剤によって互いに接続されている。

【0032】

ブレード本体９１は、旋回軸線Ｌｂに沿った方向に延在しており、一方の端部である根本部９１ｘ（図５の（ａ）図、（ｂ）図参照）と、他方の端部である先端部９１ｚとを備えている。根本部９１ｘは取付座９２に連結された部分であり、先端部９１ｚは根本部９１ｘに対して反対側の部分である。ブレード本体９１は、根本部９１ｘから先端部９１ｚにかけて一旦膨らんで浮力発生体９０を収容する浮力室を形成し、その後、先端部９１ｚに向かうにつれて漸次縮径して先細りしている。先端部９１ｚでは湾曲した閉鎖部を形成している。

【0033】

ブレード本体９１及び骨組部９３は、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を含んで構成されている。骨組部９３及びブレード本体９１のそれぞれは、例えば金属を含んでもよく、その他の材質を含んでもよい。

【0034】

浮力発生体９０は、ブレード本体９１の内部に収容される固体物質である。浮力発生体９０は、具体的には、発泡樹脂を含んで構成されている。発泡樹脂は、表面及び内部に複数の気泡が形成された構造を有している。浮力発生体９０に含まれる発泡樹脂がこのような構造を有しているため、浮力発生体９０の内部には、複数の気泡が含まれる。この気泡は、浮力発生体９０内に取り込まれて存在するため、周囲に液体が存在しても液体と置き換わることは無く、あるいは置き換わり難く、所望の浮力を安定して保持することができる。

【0035】

発泡樹脂は、例えば、平均的な値として０より大きく且つ１．０以下の比重を有する樹脂材料として説明することができる。発泡樹脂は、例えば、現場で発泡可能な現場発泡樹脂である。現場発泡樹脂の材料として、例えば発泡シリコーン、発泡ウレタン、発泡エポキシ、発泡ポリエステル、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンテレフタラート、又は発泡フェノール等が挙げられる。

【0036】

また、浮力発生体９０として使用される発泡樹脂は、ブレード本体９１に浸入した海水から受ける静水圧に対する耐圧性を有している。すなわち、浮力発生体９０の発泡樹脂の圧縮強度は、当該静水圧よりも大きい。当該静水圧は、例えば０ＭＰａより大きく且つ１ＭＰａ以下の範囲内である。この静水圧の範囲は、発電装置１が運用される深度である０ｍより大きく且つ１００ｍ以下の範囲に対応している。

【0037】

発泡樹脂の圧縮強度は、「ＪＩＳ－Ｋ７２２０」に準じた圧縮強度試験により得た値としてよい。具体的には、発泡樹脂から直径１０ｍｍの円柱状に切り出した試験片を、直径２００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒状の耐圧容器の内部に配置する。その後、試験片に対して、ハンドポンプによる圧縮負荷（上限２．５ＭＰａ）を高さ方向に加える。発泡樹脂の圧縮強度は、このように試験片に圧縮負荷を加えたときにおいて、試験片が耐えることができる最大荷重を、試験前の試験片の加重方向に垂直な断面積で除した値である。

【0038】

このように測定される圧縮強度が上記の静水圧よりも大きい発泡樹脂を採用することによって、浮力発生体９０を当該静水圧に耐え得る強固な構造にすることが可能となる。このような圧縮強度を有する発泡樹脂の材料として、例えば、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等が挙げられる。また、このような圧縮強度を有する発泡樹脂の一例として、深海用のＲＯＶ（遠隔操作無人探査機：Remotely operated vehicle）に用いられる発泡樹脂（Ｄｉａｂ社製、型番：ＨＣＰ３０）が挙げられる。この発泡樹脂は、比重０．２を有し、３．０ＭＰａ以上且つ３．９ＭＰａ以下の圧縮強度を有する。Ｄｉａｂ社製の型番ＨＣＰ３０の発泡樹脂以外の例として、ＧＥＮＥＲＡＬ ＰＬＡＳＴＩＣ社製の型番Ｒ－３３１２の発泡樹脂が挙げられる。この発泡樹脂は、比重０．２４を有し、２．７５ＭＰａ以下の圧縮強度を有する。

【0039】

また、浮力発生体９０の発泡樹脂が現場発泡樹脂である場合、上述した圧縮強度を有する現場発泡樹脂は、現場発泡樹脂の材料に微小球を含有してもよい。この微小球の例として、中空ガラス微小球、中空アルミノ・ケイ酸塩微小球、中空フェノール微小球、又は、ガラスエポキシ、炭素エポキシ、或いは熱塑性樹脂によって形成される微小球等が挙げられる。

【0040】

なお、浮力発生体９０は、海水（液体）の比重よりも小さい構造部分を備えていればよい。したがって、発泡樹脂などの気泡を取り込んだ構造ではなく、材料自体の比重が海水よりも小さい固体物質であってもよい。

【0041】

図４及び図５に示されるように、ブレード本体９１は、連結構造１０（連結部の一例）を介して取付座９２に連結されている。連結構造１０について詳しく説明する。

【0042】

ブレード本体９１の一対の外皮材９１ａは、根本部９１ｘにおいて、互いに一体となって円筒状を形成する。取付座９２は、旋回部３２に固定されると共に、ブレード本体９１が取り付けられる本体受け部９２ａと、本体受け部９２ａから突出するように設けられ、根本部９１ｘに外装される筒状（例えば、円筒状）の外筒部９２ｂとを備えている。本体受け部９２ａは、外筒部９２ｂに対して同芯環状（ドーナツ状）の部材である。外筒部９２ｂの外周には複数の補強リブ９２ｃが設けられている。

【0043】

本体受け部９２ａは、外筒部９２ｂの外周から張り出し、外筒部９２ｂの外周に沿って設けられた外フランジ９２ｄと、外筒部９２ｂの内周から張り出し、外筒部９２ｂの内周に沿って設けられた内フランジ９２ｆと、を備えている。外フランジ９２ｄは、旋回部３２の旋回テーブル３２ａに固定される部分であり、ボルト締結用の複数のボルト通し孔９２ｇが形成されている。取付座９２は、外フランジ９２ｄと旋回テーブル３２ａとが当接し、ボルト通し孔９２ｇに通されたボルト９２ｈの締結によって固定される。

【0044】

内フランジ９２ｆはブレード本体９１の根本部９１ｘに固定される部分である。内フランジ９２ｆには、接合ボルト１１が貫通する複数のボルト通し孔９２ｉが形成されている。複数のボルト通し孔９２ｉは、内フランジ９２ｆの周方向に沿って、例えば、等間隔で配置されている。

【0045】

根本部９１ｘは外筒部９２ｂに挿入されている。根本部９１ｘは、外筒部９２ｂ内で、内フランジ９２ｆに当接する端面部９１ｙを備えている。本実施形態において当接とは、根本部９１ｘと内フランジ９２ｆとが接触している態様に限定されず、互いに対面しており、近接することで後述のシール材１４に圧着される態様を広く含む。根本部９１ｘの端面部９１ｙには、中空のブレード本体９１の内部に連通する開口Ｍが形成されている。

【0046】

根本部９１ｘには、接合ボルト１１が挿通される複数の挿通孔９１ｃが形成されている。挿通孔９１ｃは、根本部９１ｘの端面部９１ｙで開放されており、接合ボルト１１を受け入れることができる。挿通孔９１ｃは、旋回軸線Ｌｂに沿った方向に延在している。旋回軸線Ｌｂに沿った方向とは、実質的にブレード本体９１の長手方向Ｄａを意味している。挿通孔９１ｃは、開放された一方の端部に対し、反対側であって奥側となる他方の端部を備え、挿通孔９１ｃの奥側の端部は閉塞されている。

【0047】

根本部９１ｘには、ナット１２が埋設するように取り付けられている。ナット１２は、挿通孔９１ｃの他方の端部に重なるように配置されており、挿通孔９１ｃに通された接合ボルト１１に螺合する。根本部９１ｘの内周には、ナット１２が挿入されるナット保持孔９１ｄが形成されている。ナット保持孔９１ｄに挿入されたナット１２は、接合ボルト１１に螺合して位置決めされる。

【0048】

ナット保持孔９１ｄは有底であり、ナット保持孔９１ｄと根本部９１ｘの外周との間には壁部９１ｅが設けられている。つまり、ナット保持孔９１ｄは、根本部９１ｘを貫通しておらず、ナット保持孔９１ｄと外部とを連通させる隙間などは形成されていない。したがって、この隙間を塞ぐシール材等は不要である。また、ナット１２は、接合ボルト１１との螺合を解くことでナット保持孔９１ｄから引き抜くことができる。つまり、ナット１２は、根本部９１ｘに対して着脱自在な構造であり、ナット１２が腐食等した場合には、容易に交換できる。

【0049】

接合ボルト１１は、本体受け部９２ａを貫通すると共に、端面部９１ｙに交差してブレード本体９１の長手方向Ｄａに延在するように配置されている。ナット１２は、ブレード本体９１の根本部９１ｘに設置されており、接合ボルト１１に螺合される。接合ボルト１１をナット１２に螺合させて締結することで根本部９１ｘの端面部９１ｙと本体受け部９２ａ（内フランジ９２ｆ）とは圧接される。その結果、取付座９２とブレード本体９１とは連結される。接合ボルト１１及びナット１２は、接続部１３の一例である。

【0050】

図４に示される通り、複数の接合ボルト１１は、開口Ｍの周りに配置されている。例えば、複数の接合ボルト１１は、開口Ｍの周方向ＣＤに沿って等間隔で配置されている。ナット１２は、開口Ｍの周方向ＣＤに沿うように複数設けられている。なお、開口Ｍの周方向ＣＤとは、開口Ｍの縁に沿った方向を意図している。また、開口Ｍの周方向ＣＤについては、筒状の根本部９１ｘの周方向として説明することもできる。複数のナット１２は、それぞれ接合ボルト１１に螺合する。

【0051】

図５は、取付座９２に固定された根本部９１ｘの一部分を拡大して示す断面図である。図５の（ａ）図に示された接合ボルト１１と、（ｂ）図に示された接合ボルト１１とは、開口Ｍの周方向ＣＤにおいて、隣り合って並ぶように配置されている。以下、図５の（ａ）図に示される接合ボルト１１を便宜的に第１の接合ボルト１１と表現し、図５の（ｂ）図に示される接合ボルト１１を便宜的に第２の接合ボルト１１と表現する場合がある。また、以下の説明では、第１の接合ボルト１１に螺合するナット１２を第１のナット１２と表現し、第２の接合ボルト１１に螺合するナット１２を第２のナット１２と表現する場合がある。

【0052】

第１のナット１２は、第１の接合ボルト１１の軸部の先端部分に螺合され、第２のナット１２は、第２の接合ボルト１１の軸部の先端部分に螺合される。また、第１の接合ボルト１１の軸部の長さと第２の接合ボルト１１の軸部の長さとは異なる。その結果、第１のナット１２から端面部９１ｙまでの距離Ｄｘと、第２のナット１２から端面部９１ｙまでの距離Ｄｙとは異なる。具体的には、第１の接合ボルト１１の方が第２の接合ボルト１１よりも短くなっており、第１のナット１２から端面部９１ｙまでの距離Ｄｘは、第２のナット１２から端面部９１ｙまでの距離Ｄｙよりも短くなっている。第１のナット１２から端面部９１ｙまでの距離Ｄｘと第２のナット１２から端面部９１ｙまでの距離Ｄｙとが異なることにより、隣り合って並ぶ第１のナット１２と第２のナット１２とは互に干渉し難い配置になっている（図４の（ａ）図参照）。

【0053】

また、長さの短い第１の接合ボルト１１と長さの長い第２の接合ボルト１１とは、開口Ｍの周方向ＣＤにおいて交互に並ぶように配置されている。この配置に対応し、第１のナット１２及び第２のナット１２も交互に配置されており、第１のナット１２及び第２のナット１２は、開口Ｍの周方向ＣＤで千鳥状に配置されている。ナット１２を千鳥状に配置することにより、隣り合うナット１２間の距離を確保し易くなり、適切な強度を保持し易くなる。

【0054】

上述の通り、根本部９１ｘは外筒部９２ｂに挿入され、根本部９１ｘの端面部９１ｙは、取付座９２の本体受け部９２ａの内フランジ９２ｆに当接するように配置される。内フランジ９２ｆは、根本部９１ｘの端面部９１ｙに当接する側の一方の表面（内座面９２ｊ）と、反対側である他方の表面（外座面９２ｋ）とを備えている。外座面９２ｋには、ボルト通し孔９２ｉに重なるように接合ボルト１１の頭部が収まる座ぐり９２ｍが形成されている。接合ボルト１１は、内フランジ９２ｆの外座面９２ｋ側からボルト通し孔９２ｉに挿入される。接合ボルト１１の軸部は、内フランジ９２ｆを貫通して根本部９１ｘの挿通孔９１ｃに通され、ナット１２に到達する。ここで、接合ボルト１１を回転させてナット１２に螺合させる。その結果、根本部９１ｘ及び内フランジ９２ｆは、接合ボルト１１の頭部とナット１２との間で挟持され、締結される。接合ボルト１１の締結により、根本部９１ｘの端面部９１ｙと内フランジ９２ｆとは互いに接近し、圧接される。

【0055】

根本部９１ｘの端面部９１ｙと内フランジ９２ｆの内座面９２ｊとの間には、外部からの海水（液体）の浸入を防ぐための環状のシール材１４（例えば、Ｏリング）が配置されている。シール材１４は、開口Ｍ及び複数の接合ボルト１１を囲むように配置されている。接合ボルト１１を締結して端面部９１ｙ及び内フランジ９２ｆを圧接させることでシール材１４は潰れる。その結果、環状のシール材１４は全周に亘って端面部９１ｙ及び内フランジ９２ｆに密着し、シール性を確保している。内フランジ９２ｆの内座面９２ｊには、シール材１４の一部分が収まる位置決め用の環状溝が設けられている。なお、本体受け部９２ａは、旋回テーブル３２ａに当接する当接面を備えている。当接面の一部は、内フランジ９２ｆの外座面９２ｋである。当接面には、内フランジ９２ｆを囲むように同心円状に配置された複数のＯリング１５が設けられている。複数のＯリング１５は、当接面と旋回テーブル３２ａとの間で挟持され、シール性を確保している。当接面には、複数のＯリング１５を位置決めする環状溝が設けられている。

【0056】

外筒部９２ｂの先端近傍には、外筒部９２ｂと根本部９１ｘとを接続する接着剤１６が設けられている。接着剤１６を設ける主な目的は、外筒部９２ｂと根本部９１ｘとの間の空間を埋めること、または外筒部９２ｂと根本部９１ｘとの間を接合することである。

【0057】

根本部９１ｘは、端面部９１ｙから離れるほど外径が拡径するテーパ部９２ｐを備えており、根本部９１ｘに外嵌される外筒部９２ｂには、テーパ部９２ｐに対応した受け側テーパ部９１ｆが設けられている。例えば、外筒部９２ｂは、根本部９１ｘに接する内面と反対側の外面とを備えており、内面には、テーパ部９２ｐに対応して本体受け部９２ａから離れるほど内径が拡径する受け側テーパ部９１ｆが設けられている。根本部９１ｘを外筒部９２ｂに差し入れるように装着する際、テーパ部９２ｐは受け側テーパ部９１ｆに案内されるように移動する。その結果、根本部９１ｘと外筒部９２ｂとの間に生じる隙間は徐々に小さくなり、根本部９１ｘの端面部９１ｙは、最終的に心出しされながら内フランジ９２ｆまで到達する。

【0058】

なお、テーパ部９２ｐと受け側テーパ部９１ｆとの関係は、逆であってもよい。例えば、図６は、変形形態に係るブレード本体９１の根本部９１ｘと取付座９２とを示している。図６に示されるように、テーパ部９２ｒは、端面部９１ｙから離れるほど外径が縮径しており、受け側テーパ部９１ｇは、テーパ部９２ｒに対応して本体受け部９２ａから離れるほど内径が縮径している。この変形形態によれば、根本部９１ｘは外筒部９２ｂから抜け難くなる。

【0059】

次に、発電装置１に使用されるタービンブレード９の作用、効果を説明する。タービンブレード９は、中空のブレード本体９１を備えており、ブレード本体９１の端面部９１ｙには、ブレード本体９１の内部に連通する開口Ｍが形成されている。ブレード本体９１の端面部９１ｙは、取付座９２の本体受け部９２ａに当接し、環状のシール材１４は、開口Ｍを囲むように、端面部９１ｙと本体受け部９２ａとの間に配置されている。接続部１３は端面部９１ｙと本体受け部９２ａとを圧接する。その結果、端面部９１ｙと本体受け部９２ａとの間に配置されたシール材１４は、端面部９１ｙと本体受け部９２ａとの両方に密着し、外部から開口Ｍに向けた液体の浸入を阻止する。したがって、中空のブレード本体９１の内部に海水が浸入することを阻止して止水性を向上する。さらに、シール材１４は、環状に閉じた形状を呈しており、液体が浸入する隙間なども形成され難く、止水性を向上させる上で有利に作用する。

【0060】

また、取付座９２は、根本部９１ｘを外嵌する外筒部９２ｂを備えている。外筒部９２ｂで根本部９１ｘを囲むように保持するので、止水性が向上すると共に、取付座９２によって支持されたブレード本体９１が安定する。特に、タービンブレード９は、海流ＦＬの影響を受けて回転する構造であり、風力発電等で使用されるタービンブレードに比べて負荷が大きくなる。そのような厳しい環境下で使用されても、ブレード本体９１の根本部９１ｘは、外筒部９２ｂで包囲されるように取付座９２に取り付けられるので安定して保持される。

【0061】

また、接続部１３は接合ボルト１１とナット１２とを備えており、根本部９１ｘの端面部９１ｙと取付座９２の本体受け部９２ａとは、接合ボルト１１とナット１２との螺合により、強固に圧接される。その結果、シール材１４は変形して端面部９１ｙと本体受け部９２ａとに強固に密着するので止水性を向上できる。

【0062】

また、複数の接合ボルト１１に螺合する複数のナット１２において、例えば、周方向ＣＤに沿って隣接して並ぶ二つのナット１２を比較する。この場合に、二つのナット１２は、各ナット１２から端面部９１ｙまでの距離が異なるように配置されている。したがって、例えば、端面部９１ｙからの距離が短いナット１２と、その距離が長いナット１２とが周方向ＣＤで交互に並ぶような千鳥状の配置になる。その結果、隣り合うナット１２同士の間の距離（肉厚）を確保し易くなり、構造上の強度を確保し易い。

【0063】

また、本体受け部９２ａの内フランジ９２ｆは、外フランジ９２ｄに比べて内径が小さく、外フランジ９２ｄに比べて接合ボルト１１の本数制限は厳しくなる。ここで、外フランジ９２ｄのボルト９２ｈの本数に対応させ、例えば同数になるように、接合ボルト１１を配置しようとすると、ボルト９２ｈの配置に比べて密になってしまう。しかしながら、複数のナット１２は、千鳥状に配置されているので、複数のナット１２同士は、干渉することなく、適切に、且つできるだけ多くの本数を配置し易くなる。配置される。

【0064】

また、シール材１４は、開口Ｍ及び複数の接合ボルト１１を囲むように配置されているので、外部の海水は、複数の接合ボルト１１に到達する前にシール材１４によって内部への浸入を阻止される。その結果、接合ボルト１１とナット１２との螺合箇所を経由して、海水がブレード本体９１の内部に浸入するのを阻止でき、止水性を向上できる。

【0065】

また、根本部９１ｘは、端面部９１ｙから離れるほど外径が拡径するテーパ部９２ｐを備えており、外筒部９２ｂは、テーパ部９２ｐに対応して本体受け部９２ａから離れるほど内径が拡径する受け側テーパ部９１ｆを備えている。したがって、根本部９１ｘを外筒部９２ｂに差し入れるように装着する際、テーパ部９２ｐは受け側テーパ部９１ｆに案内されるように移動するので、根本部９１ｘを外筒部９２ｂ内の適切な位置に配置することが容易になる。

【0066】

本開示は、他に様々な変形が可能である。また、タービンブレード９及び水流発電装置は、海流以外の水流発電用として用いられたり、また、海以外の水中に設置されたりする発電装置であってもよい。例えば、発電装置は、浮遊式潮流発電装置であってもよい。

【0067】

このように、本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（SustainableDevelopment Goals：SDGｓ）の目標１４．海の豊かさを守ろう「海洋と海洋資源を持続可能な開発に向けて保全し、持続可能な形で利用する。」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0068】

１ 発電装置（水流発電装置）
４ 発電機
９ タービンブレード
１０ 連結構造（連結部）
１１ 接合ボルト
１２ ナット
１３ 接続部
１４ シール材
３１ 回転軸
９２ 取付座
９１ ブレード本体
９０ 浮力発生体
９１ｙ 端面部
９２ａ 本体受け部
９２ｂ 外筒部
ＣＤ 開口の周方向
Ｄａ ブレード本体の長手方向
Ｍ 開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】