JPH0114428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は潮流用水没型ダリウス形水車発電装
置に係り、更に詳述すれば、潮流のある海底に固
定した発電機を自起動が可能な三羽根構成のダリ
ウス形水車で回動せしめ潮流が有する運動のエネ
ルギーを電気エネルギーに変換するようにした潮
流用水没型ダリウス形水車発電装置に関するもの
である。

潮流が有する運動のエネルギーを電気エネルギ
ーに変換する潮流発電においては、潮流の特徴で
ある潮流の方向の変化に対応し、かつ有効にエネ
ルギーを回収する手段として、潮の流れの方向に
無関係に回転方向が一定で比較的効率の良いダリ
ウス形水車を用いることが好しい。

ダリウス形水車を用いた潮流発電装置として
は、水面上に浮上または水面下に半潜水状態にお
かれたフロートの上方にフロートフレームを設
け、この上に発電機を設置し、この発電機の回転
軸に結合し前記フレームより下方に延在して水中
に没する回転軸にダリウス形水車を取付けた構成
のものが公知である。しかし、このようにフロー
ト型の場合、潮の干満差の大きい個所への設置は
フロートの上下移動が大きくアンカー等繋留装置
に事故が発生し易く、船の航行の障害になり、水
車が水面に近いと波動による影響を受け易く、更
に大容量の発電が不可能である等の欠点があつ
た。

この発明は上述した欠点を除去することを目的
とするもので、その特徴とするところは、海底に
固定したベース上に複数の支柱材をもつて支持固
定された軸受によつてほぼ水平に支持される回転
軸を前記ベースに固定されている発電機の回転軸
に伝動機構を介して結合し、前記回転軸に一定の
間隔を設けて垂直に取付けられた一対の翼取付フ
レーム間に断面を同じ方向に向けた翼形断面の複
数の円弧翼をほぼ水平に取付けたことを特徴とす
る潮流用水没型ダリウス形水車発電装置を提供す
るものである。以下この発明を図に示す一実施例
について詳述する。

第１図はこの発明の潮流用水没型ダリウス形水
車発電装置の構成を示すもので、１は海底ａの土
木工事により水平に取付けられたベースで、この
ベース上には３本あるいは４本の支柱材２をもつ
て軸受３が取付けられ、この軸受の複式スラスト
軸受４、自動調心コロ軸受５および軸受３に取付
けられたオイルシール６と軸受３の上部に取付け
られた軸封部材８に取付けられたオイルシール７
により垂直かつ水密的に支持された回転軸９の下
端は前記ベース上に固定した水密型の発電機１０
の回転軸に直接接続された増速機１１に軸継手１
２を介して連結し、上端は傘歯車（Bevel gear）
１３，１３等からなる伝動機構１５を介して回転
軸１４に連結し、この回転軸の両端には円板状の
一対の翼取付フレーム１６，１６が垂直に取付け
られ、第２図ａ，ｂに示すようにこのフレーム間
に後述する断面構成の３枚の円弧翼１７がフレー
ムの外周を３等分する位置で前記回転軸１４の中
心から同一半径（γ）面上に断面を同じ方向に向
けて取付けられている。このように３枚の円弧翼
を用いることにより１枚および２枚の場合に比し
回転力の変動は安定する。

円弧翼１７は、第３図ａ，ｂに示すように断面
が翼形をなし、２本の支軸１７Ａをもつてフレー
ム１６，１６に取付けられており、前記円弧翼１
７は前記支軸１７Ａに取付けられた前記翼形の複
数個のブラケツト１８の外側に金属板１９をなめ
らかに取付けたものである。

尚、回転軸１４、翼取付フレーム１６，１６お
よび円弧翼１７で構成されるダリウス形水車部２
０は、流体の保有するエネルギーを回収する重要
な部分であり、流量、水深等の設置個所の条件に
より、翼の形状は前述の円弧型が直線形より、出
力係数を大周速比λ（λ＝ωγ／υ但しυ：液体の
流速、γ：水車の半径、ω：水車の角速度）が１
〜５、流量が0.25〜0.33m³／ｓの範囲において効
率がよい。

この発明の潮流用水没型ダリウス形水車発電装
置は以上の如く構成されており、第２図に示すよ
うに水流が矢印Ｂのとき、水車部２０は周知の理
論により自起動により矢印Ｃの方向に回転する。

ここで、空中におけるダリウス形風車の風車軸
出力Ｐは、 Ｐ＝1/2ρAυ³μ の関係式であらわされる。この前式において、 ρ：空気密度 Ａ：風の通過面積 υ：風速 μ：効率 である。したがつて、風車の出力は空気密度、通
過面積、効率に比例し、風速の３乗に比例するこ
とが明らかであり、このようなダリウス形風車を
水中において回転させるようにした一種のダリウ
ス形の水車においては、水の密度は空気の密度に
対し約1000倍であるので、上述の前式により仮に
通過面積、効率が同じとしても同じ出力Ｐを得る
ためには水速は風速の約1/10で充分である。ま
た、このダリウス形の風車においては通常風速４
〜6m／ｓに対し、自然海流、河川流の水速は0.6
〜1.0m／ｓであるので、風車と同じ出力を得る
ための水の通過面積は約1/3〜1/4でよく、風車の
場合に比し小形のもので充分であり、そのため海
底あるいは水底に設けるベース１の基礎工事も簡
単に出来る。

一般にダリウス形風車においては回転数が大き
いので遠心力を小さくするため、翼を帯状とし回
転軸の中央部分では翼の取付位置の半径を大きく
し回転軸の両端においては半径を小さくしたトロ
ポスキエン（縄跳びの綱の動き）の形状をさせて
いるが、水車として使用する場合には回転軸１４
の回転数も小さいので、回転軸１４に平行に円弧
翼１７を取付ければよく、前記円弧翼１７の面積
を大きくして水の通過面積を大きくすることがで
きる。

いま、トロポスキエン型のダリウス形風車の効
率を35.5％とし、その効率をそのまま水車にあて
はめると、水車の場合は効率が41.4％となり、単
位通過面積当りの水車出力は水速1m／ｓのとき
0.207kw／m²となる。したがつて水車２０の円弧
翼１７の回転軸１４からの取付半径をγ＝5m、
円弧翼１７の長さＨ＝5mの場合、本発明では水
車が２個であるから定格水路1m／ｓにおいては
10kw×２＝20kwの水車出力が得られる。設置に
当つては水深によつて変化する水速の最適な位置
で、水面からの水深が船舶の航行の障害にならな
い位置にベース１を固定し、発電機１０からの出
力は耐圧の大きい防水性ケーブルを介して地上に
電送して使用する。

なお第４図はこの発明の変形例を示すもので、
第１図に示す実施例の軸受３を省略し他の軸受３
Ａに代えて水密構造の軸受３Ｂ，３Ｂを設けたも
のであるつて、この例の軸受３Ｂ，３Ｂは第１図
における水密軸受３を若干小型に構成したものを
使用する。この例では伝動機構１５を初めとして
発電機１０の系統をも水密的に構成することがで
きる。この変形例を示す第４図において前記実施
例と同一付号部は同効部分をそれぞれ示すもので
ある。

以上述べたようにこの発明は海底に固定したベ
ース上に複数の支柱材をもつて支持固定された軸
受によつてほぼ水平に支持される回転軸を前記ベ
ースに固定されている発電機の回転軸に伝動機構
を介して結合し、前記回転軸に一定の間隔を設け
て垂直に取付けられた一対の翼取付フレーム間に
断面を同じ方向に向けた翼型断面の複数の円弧翼
をほぼ水平に取付けたので、フロート式の潮流発
電装置に比し満潮時海面位より水車上部が４〜
5m下になる位置に設置することで最大干満差が
3mあつても波の影響を受けることがなく、小型
船舶の通航にも支障がなく、海底に設置するので
大容量の発電が可能であるし、特にこの発明では
水平方向設置のダリウス形水車によるものである
から潮流の向きが一定または正逆の両方向である
海域及び河川に設置した場合に大きな効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

図はいずれもこの発明の一実施例を示すもの
で、第１図は水車発電装置の一部切欠した正面
図、第２図ａは第１図に示すものの左側面図、第
２図ｂは同じく右側面図、第３図ａは円弧翼の側
面図、第３図ｂは円弧翼のフレーム構成を示す側
面図、第４図は水車発電装置の一部切欠した変形
例を示す正面図である。 １…ベース、２…支柱材、３…軸受、９…回転
軸、１０…発電機、１１…増速機、１４…回転
軸、１５…伝動機構、１６…翼取付フレーム、１
７…円弧翼、２０…ダリウス形水車部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 海底に固定したベース１上に支持固定された
   軸受３によつてほぼ水平に支持される回転軸１４
   を前記ベース１に固定されている発電機１０の回
   転軸に伝導機構１５を介して結合し、 前記回転軸１４に一定の間隔を設けて垂直に取
   付けられた一対の翼取付フレーム１６間に断面を
   同じ方向に向けた翼形断面の複数の円弧翼１７を
   ほぼ水平に取付けたことを特徴とする潮流用水没
   型ダリウス形水車発電装置。