特許 7496105 潮流発電装置および潮流発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-29

(45)【発行日】2024-06-06

(54)【発明の名称】潮流発電装置および潮流発電方法

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/26 20060101AFI20240530BHJP

【ＦＩ】

F03B13/26

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023203507

(22)【出願日】2023-12-01

【審査請求日】2023-12-04

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519448588

【氏名又は名称】藤崎 早苗男

(73)【特許権者】

【識別番号】521057040

【氏名又は名称】藤崎 伊知子

(74)【代理人】

【識別番号】100096703

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 俊之

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 早苗男

【審査官】松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１１４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２７６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４０５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０６５２８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０７１４８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ １３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

潮流を用いて電力を発電する潮流発電装置であって、
前記潮流発電装置の一方側において開口して前記潮流発電装置に前記潮流を導入する第１の開口と、
前記潮流発電装置の他方側において開口して前記潮流発電装置に前記潮流を導入する第２の開口と、
前記第１の開口または前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって回転する回転体と、
前記第１の開口に設けられ、前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって前記第１の開口の一部を閉鎖するとともに、前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって前記第１の開口を開放する第１の開閉扉と、
前記第２の開口に設けられ、前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記前記潮流によって第２の開口の一部を閉鎖するとともに、前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって前記第２の開口を開放する第２の開閉扉と、
前記回転体の回転を電気に変換する発電機と、
前記回転体を海中に浮揚させるための浮揚体と、を有し、
前記回転体は、前記浮揚体の上方に固定され、前記浮揚体とともに回転可能に設置されることを特徴とする潮流発電装置。

【請求項2】

前記第１の開口と前記第２の開口とは、互いに反対方向に向けて開口することを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。

【請求項3】

前記第１の開閉扉は、第１の回転軸を中心に回転可能に構成され、前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流により回転して第１のストッパにより回転が止められることで前記第１の開口の一部を閉鎖するように構成され、
前記第２の開閉扉は、第２の回転軸を中心に回転可能に構成され、前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流により回転して第２のストッパにより回転が止められることで前記第２の開口の一部を閉鎖するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。

【請求項4】

前記第１の開閉扉は、第１の回転軸を中心に回転可能に構成され、
前記第１の開閉扉の回転を前記潮流と平行な位置までは回転させないように制限する回転制限機構が前記第１の回転軸に設けられ、
前記第２の開閉扉は、第２の回転軸を中心に回転可能に構成され、
前記第２の開閉扉の回転を前記潮流と平行な位置までは回転させないように制限する回転制限機構が前記第２の回転軸に設けられることを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。

【請求項5】

前記第１の開閉扉は、前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第１の面と、前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第２の面とを有し、
前記第２の開閉扉は、前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第３の面と、前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第４の面とを有することを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。

【請求項6】

前記回転体は、前記潮流を受けて回転する回転翼を有し、
前記回転翼は、回転軸に固定された固定部と該固定部に対して回動可能に構成された回動部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。

【請求項7】

前記潮流発電装置を複数配置し、
前記回転体毎に前記第１の開口と前記第２の開口を設置し、
前記第１の開口が開口する向きは複数の前記潮流発電装置の間で同じであり、
前記第２の開口が開口する向きは複数の前記潮流発電装置の間で同じであることを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。

【請求項8】

潮流を用いて電力を発電する潮流発電装置であって、
第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに、前記第１の開口に設けられた第１の開閉扉により前記第１の開口の一部を閉鎖しつつ第２の開口に設けられた第２の開閉扉を開放した状態で、前記潮流発電装置に前記第１の開口から前記潮流を導入する工程と、
前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに、前記第２の開閉扉により前記第２の開口の前記一部を閉鎖しつつ前記第１の開閉扉を開放した状態で、前記潮流発電装置に前記第２の開口から前記潮流を導入する工程と、
前記第１の開口または前記第２の開口から前記潮流を前記潮流発電装置に導入して前記潮流によって浮揚体の上方に固定された回転体を前記浮揚体とともに回転させる工程と、
前記回転体の回転を発電機により電気に変換する工程と、を有する潮流発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、潮流発電装置および潮流発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

河川等の水流を利用して水車を回転させることにより電力を発生させる水力発電が従来から利用されている。一般的な水力発電においては、ダム等に貯蓄した水を利用して水流を発生させるため、設置場所や水量等の制限が大きい。

【0003】

一方、海洋には潮流が生じており、海洋は地球の表面積の７０％以上を占めている。潮流を利用して発電をすることができれば、より広い範囲で発電をすることができる。しかしながら、非特許文献１に示すように、コスト面等の問題により潮力発電が実用化されるまでには至っていない。

【0004】

潮流の方向は時間によって変動する。例えば、非特許文献２に示すように、関門海峡においては、東向きの潮流である東流と西向きの潮流である西流が交互に繰り返される。潮流を利用して効率的に発電するためには、このような潮流の方向の変動に対応することが重要である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】https://pps-net.org/column/111084

【文献】https://www1.kaiho.mlit.go.jp/KAN7/kaisyo/stream_hayatomo1.html

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、潮流を利用した発電を実現可能とする潮流発電装置および潮流発電方法を提供する。特に、潮流の方向が時間によって変動する海域において、潮流の方向が変動しても効率的に発電を効率的に継続することができる潮流発電装置および潮流発電方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、潮流を用いて電力を発電する潮流発電装置であって、前記潮流発電装置の一方側において開口して前記潮流発電装置に前記潮流を導入する第１の開口と、前記潮流発電装置の他方側において開口して前記潮流発電装置に前記潮流を導入する第２の開口と、前記第１の開口または前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって回転する回転体と、前記第１の開口に設けられ前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって前記第１の開口の一部を閉鎖するとともに前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって前記第１の開口を開放する第１の開閉扉と、前記第２の開口に設けられ前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記前記潮流によって第２の開口の一部を閉鎖するとともに前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流によって前記第２の開口を開放する第２の開閉扉と、前記回転体の回転を電気に変換する発電機と、を有する潮流発電装置を提供する。
上記のように構成された潮流発電装置では、潮流の方向の変化により、一方側に設けられた第１の開口から潮流発電装置に潮流が流入する時間帯と他方側に設けられた第２の開口から潮流発電装置に潮流が流入する時間帯とが存在する。第１の開口から潮流発電装置に潮流が流入するときには、潮流によって第１の開口の一部を閉鎖するとともに第２の開口を開放する。一方、第２の開口から潮流発電装置に潮流が流入するときには、潮流によって第２の開口の一部を閉鎖するとともに第１の開口を開放する。導入側の開口の一部を閉鎖することにより潮流を回転体に作用させるとともに、排出側の開口を開放することにより潮流を排出する。潮流発電装置に導入された潮流によって回転体を回転させ、回転体の回転運動を発電機によって電気エネルギーに変換する。

【0008】

前記構成において、前記第１の開口と前記第２の開口とは、互いに反対方向に向けて開口する構成としてもよい。
上記のように構成された潮流発電装置では、潮流の方向が時間によって反対方向に変化する海域において、第１の開口と第２の開口から効率的に潮流発電装置に潮流を流入させる。

【0009】

前記構成において、前記第１の開閉扉は第１の回転軸を中心に回転可能に構成され前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流により回転して第１のストッパにより回転が止められることで前記第１の開口の一部を閉鎖するように構成され、前記第２の開閉扉は第２の回転軸を中心に回転可能に構成され前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流により回転して第２のストッパにより回転が止められることで前記第２の開口の一部を閉鎖するように構成される構成としてもよい。
上記のように構成された潮流発電装置では、潮流を導入する側の開口に設けられた開閉扉が潮流により回転してストッパにより所定の位置で回転が止められることで、開口の一部を閉鎖する。

【0010】

前記構成において、前記第１の開閉扉は、第１の回転軸を中心に回転可能に構成され、前記第１の開閉扉の回転を前記潮流と平行な位置までは回転させないように制限する回転制限機構が前記第１の回転軸に設けられ、前記第２の開閉扉は、第２の回転軸を中心に回転可能に構成され、前記第２の開閉扉の回転を前記潮流と平行な位置までは回転させないように制限する回転制限機構が前記第２の回転軸に設けられる構成としてもよい。
上記のように構成された潮流発電装置では、潮流を導入するときに回転扉が潮流を受けて回転扉が回転することで開口の一部を閉鎖する。

【0011】

前記構成において、前記第１の開閉扉は前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第１の面と前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第２の面とを有し、前記第２の開閉扉は前記第１の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第３の面と前記第２の開口から前記潮流が前記潮流発電装置に導入されるときに前記潮流を受ける向きに配置された第４の面とを有する構成としてもよい。
上記のように構成された潮流発電装置では、各開閉扉の潮流を受ける面は、各開閉扉から潮流を導入するときと潮流を排出するときとで異なるように構成される。

【0012】

前記構成において、前記回転体は、前記潮流を受けて回転する回転翼を有し、前記回転翼は、回転軸に固定された固定部と該固定部に対して回動可能に構成された回動部とを備える構成としてもよい。
上記のように構成された潮流発電装置では、回転体の回転翼が固定部と回動部により構成され、潮流により回転翼全体が回転軸を中心として回転するとともに、回動部が固定部に対して回動するように構成される。

【0013】

前記構成において、前記回転体を海中に浮揚させるための浮揚体をさらに備え、前記浮揚体の浮力により前記回転体を水面よりも下に浮揚させるように構成する構成としてもよい。
上記のように構成された潮流発電装置では、浮揚体の浮力を調整して回転体を水面よりも下に浮揚させることで、潮流を回転体に作用させる。

【0014】

前記構成において、前記回転体を複数配置し、前記回転体毎に前記第１の開口と前記第２の開口を設置し、前記第１の開口が開口する向きは複数の前記回転体の間で同じであり、前記第２の開口が開口する向きは複数の前記回転体の間で同じである構成としてもよい。
上記のように構成された潮流発電装置では、複数の回転体がそれぞれ第１の開口と第２の開口が開口する向きを同一にして配置される。

【0015】

前記潮流発電装置を潮流発電方法として実施することも可能である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、潮流を利用した発電を現実的に実現可能とする潮流発電装置および潮流発電方法を提供することができる。特に、潮流の向きが時間によって変動する海域において、潮流の向きが変動しても効率的に発電を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の潮流発電装置の側面図である。

【図2】本発明の潮流発電装置の平面図である。

【図3】回転体を拡大した平面図である。

【図4】潮流が第１の開口から潮流発電装置に導入される状態を示す図である。

【図5】潮流が第２の開口から潮流発電装置に導入される状態を示す図である。

【図6】潮流発電装置を多数配置する例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、一例として示す図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は、潮流発電装置１の側面図（断面図）である。図２は、本発明の潮流発電装置１の平面図である。潮流発電装置１は、潮流（海流）が発生する海洋に設置される。図１および図２では、海洋に浮かべた台船２に２つの潮流発電装置１を設置した例を示す。また、図１においては、網点が海水を表している。２つの潮流発電装置１の構成は同一であるので、図面内の符号は一方の潮流発電装置１にのみ表示し、他方の潮流発電装置１の符号は省略する。

【0019】

図１、図２に示すように、潮流発電装置１は、主要な構成として、潮流発電装置１に潮流（海水）を導入し潮流発電装置１から潮流（海水）を排出するための開口１０（第１の開口１１、第２の開口１２）、開口１０から潮流発電装置１に潮流が導入されるときに潮流によって回転する回転体２０、回転体２０の側面を遮蔽する遮蔽壁３０、開口１０に設けられて開口１０の一部を開閉する開閉扉４０（第１の開閉扉４１、第２の開閉扉４２）、回転体２０の回転を電気に変換する発電機５０、メンテナンス時に潮流発電装置１を吊り上げるためのクレーン６０等を有する。

【0020】

台船２は、海水に対して浮揚することが可能な素材で形成される。台船２の下方は水中に沈むように配置され、台船２の上方は海上に露出するように配置される。台船２の底面はロープ３等の連結手段により海底と連結され、台船２が海底から一定の高さ以上は上方に移動しないように維持されている。台船２の水中部分には、潮流発電装置１を収容するための海中空間４が複数形成されている。台船２の海上部分は、側壁と天井により囲まれて海上空間５を形成する。海上空間５の内部に、発電機５０やクレーン６０等が配置される。

【0021】

図１に示すように、回転体２０は台船２の海中空間４に収容され、回転体２０の周囲には海水が満たされている。回転体２０は、浮揚体２１の上方に固定され、浮揚体２１とともに回転可能に設置される。回転体２０は、浮揚体２１の浮力により海洋に浮揚するように構成される。浮揚体２１の浮力と回転体２０の重量とのバランスを取ることで、回転体２０を水面よりも下に浮揚させる。より具体的には、回転体２０の上面が水面よりもやや下方に位置するように浮揚体２１の浮力を調整する。つまり、回転体２０は海洋に浮揚しつつ、回転体２０全体が海中に配置される。また、遮蔽壁３０、開閉扉４０も、回転体２０と同様に、浮揚体２１の上方に配置され、水面よりも下に浮揚させる。浮揚体２１の上方には、後述する回転体２０の回転軸２２が移動するのを防ぐための軸受６が設けられる。

【0022】

図２に示すように、回転体２０の幅方向の左右両端の外側には、遮蔽壁３０が配置される。２つの遮蔽壁３０の間に挟まれて海中において水平方向（幅方向）および鉛直方向（高さ方向）に海水を遮らない空間を形成しているのが開口１０である。開口１０の形状は、長方形であると言うことができる。開口１０は、第１の開口１１と第２の開口１２とにより構成される。上面視において、第１の開口１１は潮流発電装置１の一方側に開口しているのに対して、第２の開口１２は潮流発電装置１の他方側に開口している。より具体的には、第１の開口１１と前記第２の開口１２とは、互いに反対方向に向けて開口している。言い換えると、第１の開口１１が開口する方向と前記第２の開口１２が開口する方向は１８０°異なっている。例えば、一方側の第１の開口１１が東を向くように、他方側の第２の開口１２が西を向くように潮流発電装置１が配置される。一方側から他方側に向かう潮流が発生しているとき、第１の開口１１から潮流を潮流発電装置１に導入し、第２の開口１２から潮流を外部へ排出する。他方側から一方側に向かう潮流が発生しているとき、第２の開口１２から潮流を潮流発電装置１に導入し、第１の開口１１から潮流を外部へ排出する。第１の開口１１および第２の開口１２は、潮流を外部から潮流発電装置１へ導入する導入口として機能するとともに、潮流を潮流発電装置１から外部へ排出する排出口として機能する。第１の開口１１が導入口として機能するとき第２の開口１２は排出口として機能し、第２の開口１２が導入口として機能するとき第１の開口１１は排出口として機能する。

【0023】

各遮蔽壁３０は、水平方向と鉛直方向に面を形成した平板状に形成される。また、各遮蔽壁３０は、前後方向（潮流の進行方向）における中央付近の連結部３１で２枚の板を折れ曲がるように連結して形成される。回転体２０の前後方向の中央付近に各遮蔽壁３０の連結部３１を配置し、遮蔽壁３０同士の左右方向（幅方向）の距離は連結部３１で最小となるように各遮蔽壁３０を折り曲げて配置する。第１の開口１１側と第２の開口１２側に向けて遮蔽壁３０同士の距離が広がるように遮蔽壁３０を配置する。つまり、第１の開口１１または第２の開口１２から回転体２０の中央付近の連結部３１に向けて潮流の流路が徐々に狭くなるように遮蔽壁３０を配置する。潮流発電装置１を２つ並べる場合は、第１の開口１１側と第２の開口１２側のそれぞれにおいて遮蔽壁３０の端部同士を連結する。両端部を連結した遮蔽壁３０は、上面視でひし形の形状を有する。これにより、遮蔽壁３０同士の間に前方または後方から潮流が流入することを防止する。

【0024】

第１の開口１１には第１の開閉扉４１が設けられ、第２の開口１２には第２の開閉扉４２が設けられる。第１の開閉扉４１は、回転体２０の幅方向の中央付近において鉛直方向に向けて配置された第１の回転軸４３を中心に回転可能に構成される。第１の開閉扉４１の回転領域は、図２に実線で示す第１の開閉扉４１の回転が第１のストッパ４５により止められる位置と、図２に破線で示す潮流とほぼ平行になる位置との間である（図２に円弧状の矢印で示す領域）。ただし、図２に破線で示す状態において、第１の開閉扉４１は潮流と平行になる位置までは回転せず、平行になる位置の少し手前までしか回転しないように制限されている。第１の開閉扉４１の回転を潮流と平行な位置までは回転させないように制限するように、第１の回転軸４３には不図示の回転制限機構が設けられる。第２の開閉扉４２は、回転体２０の幅方向の中央付近において鉛直方向に向けて配置された第２の回転軸４４を中心に回転可能に構成される。第２の開閉扉４２の回転領域は、図２に実線で示す第１の開閉扉４２の回転が第２のストッパ４６により止められる位置と、図２に破線で示す潮流とほぼ平行になる位置との間である（図２に円弧状の矢印で示す領域）。ただし、図２に破線で示す状態において、第２の開閉扉４２は潮流と平行になる位置までは回転せず、平行になる位置の少し手前までしか回転しないように制限されている。第２の開閉扉４２の回転を潮流と平行な位置までは回転させないように制限するように、第２の回転軸４４には不図示の回転制限機構が設けられる。

【0025】

図３は、回転体２０を拡大した平面図である。図３に示すように、回転体２０は全体として平面視で円形状の形状を有する。回転体２０は、回転軸２２と、回転軸２２から放射状に延びる複数の回転翼２３を有する。回転軸２２は鉛直方向に向けて配置され、回転体２０が水平方向に回転するように配置される。各回転翼２３は、回転軸２２に固定された固定部２３Ａと、固定部２３Ａに対して回動軸２３Ｂを介して接続された回動部２３Ｃとを有する。固定部２３Ａおよび回動部２３Ｃは、ともに水平方向と鉛直方向に面を形成した平板状に形成される。回動部２３Ｃは、固定部２３Ａに対して回動軸２３Ｂを中心として回動可能に構成される。第１の開口１１または第２の開口１２から潮流発電装置１に潮流が導入されるとき、回転翼２３は潮流を受けることで回転軸２２を中心に回転する。回転翼２３全体（固定部２３Ａと回動部２３Ｃ）が回転軸２２を中心に回転するとともに、潮流の速度の増減に応じて回動部２３Ｃが固定部２３Ａに対して回動軸２３Ｂを中心に前後に回動する。第１の開口１１から潮流発電装置１に潮流が導入されるときと第２の開口１２から潮流発電装置１に潮流が導入されるときとで、回転軸２２を中心に回転翼２３全体が回転する方向は同一である（図３においては時計回り）。回転翼２３の外周部にはストッパ２４が形成されており、回動部２３Ｃが固定部２３Ａに対して一定角度以上は回転しないように規制している。図１に示すように、鉛直方向に４つの回転翼２３を並べて配置し、４つの回転翼２３が回転軸２２を中心に同軸上で回転するように構成している。

【0026】

図１に示すように、回転軸２２の上端には発電機５０が接続されている。発電機５０は、回転体２０の回転軸２２と同軸で回転する歯車５１、歯車５１の回転運動を増速する増速機構５２、増速された回転運動を電気エネルギーに変換する発電機構５３、発電機構５３を制御するための制御盤５４等を有する。上述した発電機５０を構成する各機構は、海上空間５の内部に収容されている。歯車５１、増速機構５２、発電機構５３、制御盤５４の機能は、一般的な発電機と同様であるのでこれらの機能の詳細な発明は省略する。

【0027】

図４は第１の開口１１から潮流発電装置１に潮流が導入される状態を示し、図５は第２の開口１２から潮流発電装置１に潮流が導入される状態を示す。図４および図５を用いて潮流発電装置１の作動を説明する。以下の説明において、第１の扉４１が反時計周りに回転するときに潮流を受ける面を第１の面４１Ａ、時計回りに回転するときに潮流を受ける面を第２の面４１Ｂ、第２の扉４２が反時計周りに回転するときに潮流を受ける面を第３の面４２Ａ、時計回りに回転するときに潮流を受ける面を第４の面４２Ｂとする。第１の面４１Ａおよび第４の面４２Ｂは第１の開口１１から潮流が潮流発電装置１に導入されるときに潮流を受ける向きに配置された面であり、第２の面４１Ｂおよび第３の面４２Ａは第２の開口１２から潮流が潮流発電装置１に導入されるときに潮流を受ける面である。

【0028】

第１の開口１１から潮流発電装置１に潮流が導入されるとき、図４に示すように、第１の開閉扉４１の第１の面４１Ａは潮流を受けて反時計回りに回転する。回転した第１の開閉扉４１は、第１のストッパ４５により回転が止められる。これにより、第１の開閉扉４１は第１の開口１１の一部（図４において左半分）を閉鎖する。つまり、第１の開口１１の開口面積を減少させる。このとき、第２の開閉扉４２の第４の面４２Ｂは潮流発電装置１から外部へ排出される潮流を受けて時計回りに回転する。回転した第２の回転扉４２は、潮流とほぼ平行な位置（平行な位置よりは第２のストッパ４６に近い側）まで回転した状態で潮流により回転位置が維持される。これにより、第２の開閉扉４２は、第２の開口１２を閉鎖せずに開放する。第１の開口１１の一部を閉鎖し、第２の開口１２を開放した状態で、第１の開口１１から潮流発電装置１に潮流が導入される。導入された潮流により回転体２０は時計回りに回転する。回転体２０の回転を発電機５０により電気に変換する。潮流発電装置１に侵入した潮流は第２の開口１２から潮流発電装置１の外部へ排出される。

【0029】

第２の開口１２から潮流発電装置１に潮流が導入されるとき、図５に示すように、第２の開閉扉４２の第３の面４２Ａは潮流を受けて反時計回りに回転する。回転した第２の開閉扉４２は、第２のストッパ４６により回転が止められる。これにより、第２の開閉扉４２は第２の開口１２の一部（図５において右半分）を閉鎖する。つまり、第２の開口１２の開口面積を減少させる。このとき、第１の開閉扉４１の第２の面４１Ｂは潮流発電装置１から外部へ排出される潮流を受けて時計回りに回転する。回転した第１の回転扉４１は、潮流とほぼ平行な位置（平行な位置よりは第１のストッパ４５に近い側）まで回転した状態で潮流により回転位置が維持される。これにより、第１の開閉扉４１は、第１の開口１１を閉鎖せずに開放する。第２の開口１２の一部を閉鎖し、第１の開口１１を開放した状態で、第２の開口１２から潮流発電装置１に潮流が導入される。導入された潮流により回転体２０は時計回りに回転する。回転体２０の回転を発電機５０により電気に変換する。潮流発電装置１に侵入した潮流は第１の開口１１から潮流発電装置１の外部へ排出される。

【0030】

以上のように構成された潮流発電装置１においては、潮流発電装置１の一方側に開口した第１の開口１１と他方側に開口した第２の開口１２とを設けることで、潮流の方向が変化した場合に、潮流発電装置１の方向や開口の方向を変えなくても潮流の方向に応じて自動的に潮流を導入する開口を切り替えて潮流発電装置１に潮流を導入することができる。第１の開口１１と第２の開口１２とが互いに反対方向になるように配置すれば、潮流の方向が時間によって１８０°変化する海域において効率的に潮流発電装置１に潮流を導入することができる。

【0031】

第１の開口１１に第１の開閉扉４１を、第２の開口１２に第２の開閉扉４２を設けることで、潮流により第１の開閉扉４１と第２の開閉扉４２を開閉する。第１の開口１１から潮流発電装置１に潮流を導入するとき、第１の開閉扉４１は潮流によって第１の開口１１の一部を閉鎖するのに対して、第２の開閉扉４２は潮流によって第２の開口１２を開放する。逆に第２の開口１２から潮流発電装置１に潮流を導入するとき、第２の開閉扉４２は潮流によって第２の開口１２の一部を閉鎖するのに対して、第１の開閉扉４１は潮流によって第１の開口１１を開放する。つまり、潮流を導入する側の開口の一部を閉鎖し、潮流を排出する側の開口を開放する。これにより、潮流の流路を導入側では絞り込んで効率的に回転体２０に作用させるとともに、排出側では最大限に潮流を排出することができる。導入側の開閉扉の回転はストッパで制限するのに対して、排出側の開閉扉の回転は潮流とほぼ平行な位置まで回転扉が回転することで自然に位置決めされる。このような構成を採用することで、電気的な制御機構等を用いずに潮流の方向の変化のみに依存して開閉扉を自動的に開閉することができる。開閉扉が潮流と平行な位置まで回転可能な構造とすると潮流を導入するときに開閉扉が確実に回転しない可能性があるため、開閉扉の回転を潮流と平行な位置までは回転させないように制限する回転制限機構が設けられている。

【0032】

回転体２０の回転翼２３は、回転軸２２に固定された固定部２３Ａと固定部２３Ａに対して回動軸２３Ｂを中心に回動可能に構成された回動部２３Ｃとを備えるように構成している。回転翼全体を回転軸に固定すると、潮流の僅かな変動により生じる抵抗が回転軸２２に直接作用する。回動部２３Ｃが固定部２３Ａに対して前後に回動可能な構成とすることで、上述した回転軸２２に作用する抵抗の一部を逃すことができる。つまり、回転軸２２に作用する負荷を軽減することができる。また、回転体２０は浮揚体２１の上方に配置される。浮揚体２１の浮力を調整して回転体２０を水面よりも下に浮揚させるように構成することで、回転体２０全体に潮流を効率的に作用させることができる。

【0033】

本発明の潮流発電装置によって得られる出力を概略的に計算する。回転体の回転軸の中心から半径方向にｒ［ｍ］の位置で微小幅ｄｒ［ｍ］に加わる力ΔＦを考える。力ΔＦは、回転体に作用する海水の重さにより生じる力であるので、回転体の高さをＨ［ｍ］、海水の密度をρ[ｋｇ／ｍ^３]、潮流の速度をＶ[ｍ／ｓ] 、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］とすると、力ΔＦは以下の式（１）により示すことができる。
ΔＦ＝ρ×Ｈ×ｄｒ×Ｖ×ｇ （１）

ここで一旦、回転体の回転数ｎ［ｒｐｍ］を求める。潮流の速度Ｖを２ｍ／ｓ、回転体の半径ｒを２ｍ、円周率πを３．１４とすると、回転数ｎは以下の式（２）により計算することができる。
ｎ＝Ｖ×６０／（２×π×ｒ）
＝２×６０／（２×３．１４×２）
≒９．５５ （２）

回転体の回転軸の中心から半径方向にｒ［ｍ］の位置で１分間あたりに潮流が回転体に与える仕事Ｌを求める。回転体の円周方向の移動距離をＤ［ｍ］とすると、力Ｆと移動距離Ｄとを用いて微小幅ｄｒにおいて潮流が回転体に与える仕事ΔＬは以下の式（３）により示すことができる。ここで半径方向にｒ［ｍ］の位置における円周方向の移動距離Ｄは、回転数ｎを用いて２×π×ｒ×ｎと表すことができる。
ΔＬ＝ΔＦ×Ｄ＝ρ×Ｈ×ｄｒ×Ｖ×ｇ×２×π×ｒ×ｎ （３）

回転体の半径を２ｍとして、回転軸の中心から外周部分までの領域において潮流が回転体に与える仕事の合計Ｌは、以下の式（４）により示すことができる。

【数1】

上述の式（４）に、海水の密度ρ＝１．０２×１０^３ｋｇ／ｍ^３、回転体の高さＨ＝１０ｍ（２．５ｍ×４段）、潮流の速度Ｖ＝２ｍ／ｓ、重力加速度ｇ＝９．８１、回転数ｎ＝９．５５を代入すると、仕事Ｌは約２４０００ｋＪとなる。１秒あたりの仕事、つまり動力Ｐは、Ｐ＝Ｌ／６０＝２４０００／６０＝４００ｋＷとなる。発電効率ηを０．３５と仮定すると、実質的な動力Ｐ’＝η×Ｅ＝１４０ｋＷとなる。図２に示すように回転体を２基並べるとすると、発電装置により得られる動力Ｐ’（total）は２８０ｋＷとなる。２４時間で得られる電力量は６７２０ｋＷｈ、３６５日で２４５２８００ｋＷｈ（≒２．４５ＧＷｈ）となる。

【0034】

図６は、潮流発電装置１を多数配置する例を示す平面図である。本実施例では、台船２を平行に５つ並べ台船２の間に４列、合計で６４基の潮流発電装置１を配置した例を示す。各潮流発電装置１は、上述した実施例と同様の構成を有する。潮流発電装置１を配置するとき、第１の開口が開口する向きは複数の潮流発電装置１の間で同じであり、第２の開口が開口する向きは複数の潮流発電装置１の間で同じとする。つまり、潮流がある一定の方向に向けて流れた場合に、第１の開口１１または第２の開口１２から複数の潮流発電装置１に同時に潮流が導入される。このように、潮流発電装置１を多数並べて配置することで、発電可能な電気エネルギーを増加させることができる。

【0035】

前記実施例において記載した潮流発電装置１の数や回転体２０の大きさ等は例示に過ぎない。潮流発電装置１を設置する場所や発電する電力量等の様々な条件を考慮して潮流発電装置１の仕様を最適に設定すればよい。潮流発電装置１を配置するために台船２を使用することも必須ではない。

【0036】

前記実施例において、第１の開口１１が開口する方向と前記第２の開口１２が開口する方向が１８０°異なる構成を示したが、本発明は必ずしもこの構成に限られない。潮流発電装置を設置する海域の潮流の方向の時間的な変化を考慮して、開口の角度を最適に調整することが可能である。

【0037】

前記実施例において、第１の開口１１から潮流を導入するときに第１の扉４１が反時計周りに回転し、第２の開口１２から潮流を導入するときに第２の扉４２が反時計回りに回転する構成を説明したが、扉の回転方向はこれに限られない。第１の開口１１から潮流を導入するときに第１の扉４１が時計周りに回転し、第２の開口１２から潮流を導入するときに第２の扉４２が時計回りに回転する構成としてもよい。また、潮流を導入する際の回転方向が、第１の扉４１と第２の扉４２とで逆方向であってもよい。回転体２０の回転方向も反時計回りに限定されず、時計回りに回転する構成としてもよい。

【0038】

前記実施例において、導入側の開閉扉の回転はストッパで制限し、排出側の開閉扉の回転は潮流により自然に位置決めする構成を説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限られない。例えば、導入側の開閉扉の回転を潮流により自然に位置決めする構成とすることも可能であるし、排出側の開閉扉の回転をストッパで制限する構成とすることも可能である。また、ストッパは、開閉扉の回転軸に設けられていてもよい。開閉扉の回転を所定の回転角度で制限する機構のことをストッパと呼んでいる。

【0039】

前記実施例において、導入側の開閉扉により第１の開口のうちの約半分を閉鎖する構成を示したが、開口を閉鎖する範囲は必ずしもこれに限らない。開口の少なくとも一部を閉鎖する構成は本発明に含まれる。また、潮流の排出時に開閉扉により第１の開口１１および開口を開放する構成を示したが、開口を開放するとは必ずしも開閉扉が潮流を完全に遮らない状態のみを示している訳ではない。潮流が若干変動することにより開閉扉が若干左右に移動する可能性があるが、それにより潮流が若干遮蔽される可能性がある。そのような場合であっても、開閉扉が潮流に対して略平行に配置されている状態であれば開口を開放している状態であると言うことができる。

【0040】

前記実施例において、回転翼２３を固定部２３Ａと回動部２３Ｃとにより構成する例を示したが、本発明は必ずしもこの構成に限られない。回動部を設けずに回転軸２２を中心として一体に回転する回転翼を採用することも可能である。また、回転翼の形状は平板状に限られない。当然のことながら、曲面を有する回転翼を使用することも可能であり、従来の水力発電用の水車等で使用されている様々な羽根車を本発明の回転翼として使用することが可能である。

【0041】

前記実施例において、発電機５０の構成は例示に過ぎない。回転運動を効率的に電気エネルギーに変換するために従来から知られている様々な構成を発電機に追加することが可能である。

【0042】

なお、本発明は前記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・前記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・前記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって前記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・前記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が前記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。

【符号の説明】

【0043】

１…潮流発電装置、２…台船、３…ロープ、４…海中空間、５…海上空間、６…軸受、１０…開口、１１…第１の開口、１２…第２の開口、２０…回転体、２１…浮揚体、２２…回転軸、２３…回転翼、２４…ストッパ、３０…遮蔽壁、３１…連結部、４０…開閉扉、４１…第１の開閉扉、４２…第２の開閉扉、４３…第１の回転軸、４４…第２の回転軸、４５…第１のストッパ、４６…第２のストッパ、５０…発電機、５１…歯車、５２…増速機構、５３…発電機構、５４…制御盤、６０…クレーン。

【要約】

【課題】潮流を利用した発電を実現可能とする潮流発電装置および潮流発電方法を提供する。特に、潮流の方向が時間によって変動する海域において、潮流の方向が変動しても効率的に発電を継続することができる潮流発電装置および潮流発電方法を提供する。
【解決手段】潮流を用いて電力を発電する潮流発電装置であって、潮流発電装置に潮流を導入する第１の開口および第２の開口と、第１の開口または第２の開口から潮流が潮流発電装置に導入されるときに潮流によって回転する回転体と、第１の開口および第２の開口に設けられ潮流が潮流発電装置に導入されるときに潮流によって第１の開口および第２の開口の一部を開閉する第１の開閉扉および第２の開閉扉と、回転体の回転を電気に変換する発電機と、を有する潮流発電装置およびこれを利用した潮流発電方法。
【選択図】 図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】