JP2012241702A

JP2012241702A - 水中発電装置

Info

Publication number: JP2012241702A
Application number: JP2011124655A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Fujita; 眞一藤田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】水流応用の回転動力機能において、水流増速の機能を内有した水流貫通構造とし、その加速水流条件下にある中央貫通孔内に螺旋回転翼を備えることで回転効率を高めた水中発電の方法を提供する。
【解決手段】水面位置の発電機能部（Ｈ）と水中位置の回転動力部（Ｔ）が一体連結され、水力回転部が流水条件下の水中発電装置であり、水流貫通の回転機能部（Ｔ）は口径の異なる内外誘導菅（Ａ，Ｂ）の概ね筒状貫通形状からなる二重構造となり、下流後方に生じる減圧域への差圧緩和流が中央貫通孔（Ｅ）を加速通過するディフューザ作用の相乗効果を応用し、その中央貫通孔（Ｅ）内に螺旋状回転翼（Ｆ）を備えることで水流増速機能によって回転効率とトルクを高め、係留フックの遊動性と整流板（Ｚ）の働きによって係留固定状態時であっても装置自体が自在回転をなし、常に流水取水口が潮上に向かう方向性と水流増速機能を併有した水中発電の方法となる。
【選択図】図１

Description

水流貫通孔後方の抵抗形状による背圧減少からなるディフューザ作用を生じさせ、水流が加速通過の条件下となる中央貫通孔内に回転翼を備え回転動力とする水中発電方法に関する。

水力発電によって一定の発電効果を確保する付帯要素としてスクリュー回転動力による発電負荷相当の水圧確保が不可欠であり、よって、河川利用の大型発電設備においてはダム湖からの大量放水による落下水圧エネルギーを利用し、また、海洋における潮流利用にあっては水流押圧エネルギーの絶対量を確保する必要から大型規模の設備が不可欠条件とならざるを得ない。

尚、河川利用における簡易的な小型水力発電の装置として自然落水時の水自重を応用した水車発電の方法もあるが、高低差を得るための取水口及び延長水路等の用地確保や水車装置等の固定施設に掛かる保守管理に対しての発電効率が低く、一般的な簡易発電システムとしての実用対象とはなり難い。

上述するように、水力応用の発電は対象河川や潮流の条件構築の範囲によっては安定した水圧エネルギー確保による発電能力の設定が可能な反面、水の粘性抵抗によってスクリュー回転の高速化が困難なため、一定規模の回転動力を得るための水量水圧の確保に伴う大型設備が前提となり、水車回転構造自体を簡略小型化した水力発電システムの活用条件は限定されているのが現状といえる。
一方で風力エネルギーを利用する風車発電装置においては比較的軽量小型でも高速回転を得ることが可能であり、簡易発電方法として多種多彩な実用機が存在する反面、その発電能力においては自然条件に左右され電力確保における不安性が指摘される。

そこで、水流応用の回転動力機能において、水流増速の機能を内有した水流貫通構造とし、その水流加速条件下となる中央貫通孔内に螺旋状回転翼を備えることで回転効率を高めた水中発電の方法を提供する。

水面上に位置する発電機能部Ｈと水中に位置する回転動力部Ｔが一体連結され、水中条件下の回転動力部が常に流水取り入れ口を上流に相対させる発電装置であり、その回転動力部Ｔは概ね筒状の口径が異なる貫通形状からなる内外の水流誘導菅による二重構造となり、その内外誘導菅（Ａ、Ｂ）双方の下流側端部を外側へ拡大させ、誘導菅外縁部に沿う通過水流それぞれの抵抗体となし、外部誘導菅Ａの抵抗体によって生じる後方低圧域への差圧緩和流が内外誘導菅（Ａ、Ｂ）の口径差異で形成される外層空間Ｃを加速通過し、その加速水流が抜け出る際に内部誘導菅Ｂの抵抗体により抵抗体後方に更なる低圧域を生じさせ、新たな差圧緩和流が中央貫通孔Ｅを加速通過するディフューザ作用の相乗効果を応用し、その水流増速条件下となる中央貫通孔Ｅ内に螺旋状からなる回転翼Ｆを備えた水中発電の方法とする。図１、２参照

上述する中央貫通孔Ｅ内に備える螺旋状回転翼Ｆの回転外輪部を中央貫通孔Ｅ内壁へのベアリング支持Ｎとなし、回転中心軸を不要とした連続螺旋状の回転翼中心部を空間構造とし、また、外輪の一部がギア構造Ｐとなって発電に要する回転動力が外層空間Ｃ内部に備わるギア連結部に伝達され、さらに支柱アームＧ内の連結シャフトＪを介して発電機能部Ｈへの回転動力伝達を果たし、尚、上述するディフューザ相乗効果による水流増速機能に加え、中心軸を不要の螺旋状回転翼Ｆによって回転中心部が所定の空洞構造となることにより、貫通水流を妨げることなく緩流条件下の低速回転時にあっても高トルク確保可能な回転動力部Ｔとなる。図２参照

尚、上述の水中発電装置を海中設置とした場合においては、発電機能部Ｈ内に密閉フロート機能を備え、その浮力調整によって発電機能部Ｈ上部を海面Ｓ位置とし、発電装置の大部分を風の影響を受け難い海中自立状態とし、回転動力部Ｔの水中位置を漂流物の影響を軽減できる所定深度として水中正立姿勢を保持すると共に、装置所定位置に水平方向へ展開し概して円盤状となる水平制動版Ｙを備えることで装置の波による上下可動が制御され、また、干満時に変化する潮流対応として装置上下の所定位置に係留接続に係る円環を施し、その円環上を自在周回する係留用遊動フックを備えて係留ロープＭの連結機能とし、係留ロープＭ四方延長により固定条件下にある装置自体が自在回転の機能を有し、備わる整流板Ｚの方向舵機能と相まって回転動力部Ｔの潮流取り入れ口が常に潮上へ向う方向性を有する設置仕様とする。図１参照

また、本発明による水中発電装置の基本形状として、発電機能部Ｈより水中へ斜向する左右の支持アームＧ先端に各回転動力部Ｔが接続される双体構造とし、左右の各回転動力部Ｔにおける回転エネルギーが双方の支持アームＧ内シャフトを介して上部発電機能部Ｈへのギア伝達となり、また、発生電力を陸上の蓄電設備へ送電する場合においては、発電機能部から垂下される送電保護パイプＫ末端に備わる回転接続版より延長される送電ケーブルＲによる海底配線となる。図１参照

本発明を小規模の簡易発電装置として河川利用する場合の現場設置状況にあっては、一定の水深と流勢を備えた水路へ回転動力部を水中固定とし、その立地条件に即した係留等の柔軟対応が可能となり、例えば、山間部の渓流利用の水路確保によって簡易発電を可能にする等の地形特徴による小規模流水発電の設備を地域ごとに分散設置する方法が提案できる。
尚、海中設置にあっても所定場所への固定確保が係留ロープＭのみで可能となる緊急対応性に加え、本発明の発電機能を海上浮標用電源として活用した場合、発電装置全体が浮標設備の水面下となる基盤内へ納まり浮標本来の目視目的を阻害せずに安全有効性が確保できる。
上記の何れの設置条件においても移設可能な簡易性と機動性を備え、非常時の発電装置として有効活用が期待される。

尚、本発明の回転部における流体加速機能と螺旋状の回転翼構造を、風力応用の小規模風車発電装置に応用した場合、その装置概略規模として地上６ｍ風洞直径２ｍ程度として装置基盤部に旋回自在機能を備え、立地条件を比較的高台の丘や峠等への固定設置とすることで、低速ながらも相当値の回転高トルクを得て発電への動力転化が可能となり、蓄電装置との併設による活用例としては過疎地域の補助電源として、また、高原の観光道路におけるＥＶ車用の無人充電スタンドとしての有効性があげられる。

本発明の水中発電装置の構成素材と各部位デザインにおいては、構成する各部材の耐水性と水流抵抗の軽減を考慮した形状が不可欠条件となり、内外誘導菅（Ａ，Ｂ）の抵抗体と中央貫通孔Ｅ内有の螺旋回転翼以外は全てにおいて流体抵抗を軽減し円滑な流動条件を加味した形状機能が優先され、また、本装置を海中設置となす場合は、剛性の他に浮力確保に要する軽量化と塩害対応の両面においての構成素材が選択されることになり、加えて浮力と諸機能の作動維持のため、所定必要箇所をパッキン防水の仕様としつつ、発電機能部Ｈ上端部に換気孔とビルジ排出孔Ｗを備えた保守機能とする。図１参照

水中発電装置の海中設置イメージ図水流増速機能概念図

Ａ外部誘導菅
Ｂ内部誘導菅
Ｃ外層空間
Ｅ中央貫通孔
Ｆ回転翼
Ｇ支柱アーム
Ｈ発電機能部
Ｋ送電保護パイプ
Ｓ海面
Ｙ水平制動版
Ｔ回転動力部
Ｍ係留ロープ
Ｒ送電ケーブル
Ｎベアリング支持
Ｐギア構造
Ｊ連結シャフト
Ｚ整流板

そこで、水流増速条件下にある円筒構造の中央貫通孔内に螺旋状回転翼を備えた水中発電装置を提供する。

水面位置の発電機能部Ｈと水中位置の回転動力部Ｔが一体連結され、水中条件下の回転動力部が常に流水取り入れ口を上流に相対させる方向性を有した発電装置であり、その回転動力部Ｔは概ね筒状の口径が異なる貫通形状の内外水流誘導管による二重構造となり、その内外誘導管（Ａ、Ｂ）双方の下流側端部を外側へ拡大させ通過水流それぞれの抵抗体となし、その内外風下抵抗体によるディフューザ作用の相乗効果によって水流増速条件下となる中央貫通孔Ｅ内に、螺旋状からなる回転翼Ｆを備えた水中発電装置とする。図１、２参照

上述する螺旋回転翼Ｆの輪郭部を中央貫通孔Ｅ内壁へのベアリング支持Ｎとし、中心軸不要となる螺旋回転翼中心部を貫通空間となし、また、回転翼輪郭の一部がギア構造Ｐとなって外層空間Ｃ内部に備わる支柱アームＧ内の連結シャフトＪギア部と接触して、発電機能部Ｈへの回転伝達機能とし、上述するディフューザ作用による中央貫通孔内通過水流の増速機能に加え、螺旋回転翼の回転中心部を所定の貫通空間と為すことで、過剰水圧条件下にあっても流勢減少の影響を受け難い回転動力部Ｔとする。図２参照

Ａ外部誘導管
Ｂ内部誘導管
Ｃ外層空間
Ｅ中央貫通孔
Ｆ回転翼
Ｇ支柱アーム
Ｈ発電機能部
Ｋ送電保護パイプ
Ｓ海面
Ｙ水平制動版
Ｔ回転動力部
Ｍ係留ロープ
Ｒ送電ケーブル
Ｎベアリング支持
Ｐギア構造
Ｊ連結シャフト
Ｚ整流板

Claims

水面上に位置する発電機能部（Ｈ）と水中に位置する回転動力部（Ｔ）とが一体連結された水中発電装置であり、常に流水取り入れ口を上流に相対させる水中条件下の回転動力部（Ｔ）構造において、口径が異なる概ね筒状からなる流水誘導菅の内外二重構造となし、内外誘導菅（ＡＢ）双方の下流側端部を外側に拡大させて誘導菅外縁部に沿って通過する流水それぞれの抵抗形状体とし、抵抗体後方に生じる背圧減少域への差圧緩和流が誘導菅内を加速流動するディフューザ作用の相乗効果により、通過水流の増速条件下となる中央貫通孔（Ｅ）内に回転翼（Ｆ）を備えて回転動力としたことを特徴とする水流増速機能を有する水中発電の方法。
請求項１に記載する回転動力部（Ｔ）の回転構造を連続する螺旋状の回転翼（Ｆ）とし、その回転翼外輪部が中央貫流孔（Ｅ）内壁部にベアリング支持（Ｎ）されて回転中心軸を不要となし、回転中心部に空間が生じる回転構造としたことを特徴とする請求項１に記載する水流増速機能を有する水中発電の方法。
請求項１に記載する水中発電装置を海中設置とした場合において、発電機能部（Ｈ）がフロート機能を有して海面上に在り回転動力部（Ｔ）を水中位置とする自立機能を有して正立状態を保ち、且つ、係留固定時に整流版（Ｚ）の方向舵機能と相まって係留用遊動フックが周回機能を有して常に流水取り入れ口を潮流に相対させ、装置自体が回転自在性を備えたことを特徴とする請求項１に記載する水流増速機能を有する水中発電の方法。