JP2012041920A - 海流発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】魚類が衝突して死亡することを低減し、環境影響の少ない海流発電システムを提供する。
【解決手段】海水の流れを回転エネルギに変換する翼２と、変換された回転エネルギを翼２に接続された回転軸を介して与えられて発電を行い、ナセル１に内包された発電機と、翼２における回転軸に接続された回転中心から外径側へ所定半径を覆うように設けられたキャップ４とを備え、キャップ４が円錐形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海流発電システムに関する。

水を用いた発電システムには、ダム等の高低差を利用した水車、海の波力、潮汐を用いた発電、浸透膜や温度差を用いた発電等、数多く存在する。高低差を利用する発電システム以外で容易に大容量のエネルギを得ることのできる発電システムは、潮流や海流の流れのエネルギを用いた発電システムである。しかし、大容量機に関してはまだ一般的ではなく、欧州の一部で先行して開発が進められている。

図３２に、係留式海流発電システムの概略構成を示し、その基礎概念について述べる。このシステムは、流れを回転エネルギに変換する翼１０２と、翼１０２に接続された箇所がキャップ１０６で覆われ回転エネルギを発電機に伝える回転軸とを有し、発電機がナセル１０１に内包されている。ナセル１０１は構造部材１０３により支持され、構造部材１０３は係留ワイヤ１０４を介して海底にアンカー１０５により固定されている。

図３３に、固定式海流発電システムの概略構成を示す。翼１０２やナセル１０１に関しては図３２に示された係留式海流発電システムにおけるものと同様の構造であるが、ナセル１０１を海底に固定するために支柱１１２が用いられている。係留式、固定式の両方の海流発電システムにおいて、風車でよく見られるように図示されたような形状を有するキャップ１０６が用いられていることが多い。

日本近海で海流発電を実施できる地点は限られており、主に黒潮、対馬海流、親潮等が挙げられる。これに対して潮流発電は潮の流れを利用するものであり、鳴門海峡のうず潮が最大級である。潮流・海流発電システムは共に周辺環境に対する影響が非常に大きく、またこれらの地点は豊富なプランクトンに支えられる漁場として利用されている。このため、新たな発電システムを構築する際には、漁業を生業としている生活者に対し、生態系の混乱等を伴う環境破壊が起こらないように十分な考慮が必要である。

以下に、従来の海流発電システムを開示した文献名を記載する。

米国特許第７５３０２２４号公報 米国特許第７４２５７７２号公報

上述のように、環境影響の少ない海流発電システムを構築する必要があり、特に配慮すべきは生態系への影響である。

通常の発電システム、特に風車を海流発電として適用した場合、発電システムに魚類が衝突して死亡すること、また魚類が死亡したことによりその上位捕食者の衰退等、生態系へ及ぼす影響が考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、魚類が衝突して死亡することを低減し環境影響の少ない海流発電システムを提供することを目的とする。

本発明の海流発電システムは、海水の流れを回転エネルギに変換する翼と、
変換された前記回転エネルギを、前記翼に接続された回転軸を介して与えられて発電を行い、ナセルに内包された発電機とを備える海流発電システムにおいて、前記翼における前記回転軸に接続された回転中心から外径側へ所定半径を覆うように設けられたキャップをさらに備え、前記キャップが円錐形状を有することを特徴とする。

本発明の海流発電システムによれば、魚類の衝突による死亡率を低減し環境に与える影響が少ない海流発電システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１による海流発電システムの構成を示した正面図。 同実施の形態１による海流発電システムの変形例における構成を示した正面図。 本発明の実施の形態２による海流発電システムの構成を示した正面図。 本発明の実施の形態３による海流発電システムの構成を示した左側面図。 同実施の形態３による海流発電システムの変形例における構成を示した左側面図。 本発明の実施の形態４による海流発電システムの構成を示した正面図。 同実施の形態４による海流発電システムの変形例における構成を示した正面図。 同実施の形態４による海流発電システムの他の変形例における構成を示した正面図。 同実施の形態４による海流発電システムの他の変形例における構成を示した正面図。 同実施の形態４による海流発電システムの他の変形例における構成を示した正面図。 図１０における翼の構成を示した拡大図。 図１１におけるＡ−Ａ線に沿う断面構造を示した断面図。 本発明の実施の形態５による海流発電システムの構成を示した正面図。 本発明の実施の形態６による海流発電システムの構成を示した正面図。 同実施の形態６による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した左側面図。 同実施の形態６による海流発電システムの翼及びキャップの形状の一部を示した拡大図。 本発明の実施の形態７による海流発電システムの構成を示した正面図。 同実施の形態７による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した左側面図。 同実施の形態７による海流発電システムの翼及びキャップの形状の一部を示した拡大図。 本発明の実施の形態８による海流発電システムの構成を示した正面図。 同実施の形態８による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した左側面図。 本発明の実施の形態９による海流発電システムの構成を示した正面図。 本発明の実施の形態９による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した左側面図。 同実施の形態９の第１の変形例による海流発電システムの構成を示した正面図。 同実施の形態９の第１の変形例による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した左側面図。 同実施の形態９の第２の変形例による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した左側面図。 同実施の形態９の第３の変形例による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した左側面。 同実施の形態９の第３の変形例による海流発電システムのキャップの断面形状を示した説明面。 本発明の実施の形態１０による海流発電システムの構成を示した外観図。 同実施の形態１０による海流発電システムの翼及びキャップの形状を示した説明図。 同実施の形態１０の変形例による海流発電システムの構成を示した外観図。 係留式海流発電システムの概略構成を示した図。 固定式海流発電システムの概略構成を示した図。

以下、本発明の実施の形態による海流発電システムについて、図面を参照して説明する。尚、ここで述べる海流発電システムには、海流を利用する海流発電システムに加えて、潮の流れを利用する潮流発電システムもその範囲内に含むものとする。

（１）実施の形態１
本発明の実施の形態１による海流発電システムについて、図１を用いて説明する。

図１に、本実施の形態１による海流発電システムの主要な構成要素を示す。このシステムは、海流の流れを回転エネルギに変換する翼２と、変換された回転エネルギを発電機に伝える回転軸と、回転軸に接続され回転エネルギを与えられて発電する発電機とを備え、発電機はナセル１に内包されている。

さらに、翼２の前面側、即ち翼２より上流側において、回転中心から外径側へ向かって所定半径を覆うように、内側に凹となる円錐形状を有するキャップ４が設けられている。

点線で示されたような従来用いられていたキャップ３では、点線の矢印で示されたように海流が流れ、その向きは回転軸に対する角度が小さく垂直に近いものとなる。

本実施の形態１では、キャップ３の替わりにキャップ４を備えたことにより、海流がキャップ４に衝突して実線の矢印で示されたように翼２の外周側へ向かって分散されるようになり、その向きは回転軸に対してより大きい角度を有することになる。海流における回転軸に向かって垂直方向の流れ成分は、キャップ４に衝突した分だけ損失となる。しかし、翼２を回転させるエネルギは十分に得られるので、発電は可能である。

そして、翼２の外周側へ向かって分散して流れる方向成分が発生することで、翼２中心部へ向かって衝突するように泳いできた魚類の進行方向も外周側へ変更される。その結果、翼２へ衝突する確率を低減することが可能となる。

キャップ４の直径は、大きいほど魚類が翼２へ衝突する確立を低減することができるが、大きいほど損失となる。したがって、好ましくはキャップ４の直径（回転中心からキャップ４が回転してできる外周までの長さ）は翼２の回転直径の５％〜２５％に設定する。

尚、本実施の形態１の変形例として、図２に示されたようにキャップ１４の形状が単純な円錐形状（母線が略直線形状である円錐形状）であっても、海流の流れが実線の矢印で示されたように翼２の外周側へ向かって分散されるようになり、魚類の衝突確率を低減することができる。海流の流れは図１に示されたキャップ４の方がより抵抗少なく翼２の外周側へ向かって変更することができるので、渦の発生を低減することができると考えられる。しかし、図２に示されたような単純な円錐形状のキャップ６によれば、作製が容易でコストを低減することができる。

（２）実施の形態２
本発明の実施の形態２による海流発電システムについて、図３を用いて説明する。尚、上記実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態２は、翼１２が流れ方向に対して後退翼であるように構成されている。即ち翼１２が、回転軸に近い中心部分が回転軸に対して垂直に近い角度を有しているが、徐々に先端に向かうに従って角度が減少し後退していく形状を有している。

言い換えれば、翼１２の断面における上面と下面との中間点を結ぶキャンバーラインと回転軸との間の角度が、先端に向かうに従って徐々に小さくなっていく形状となっている（キャンバーラインが、略Ｕ字形状となっている）。

上記実施の形態１、２における翼２のように、回転軸に対して垂直に設置されている方が得られる回転エネルギは大きい。しかし、本実施の形態３によれば、翼１２を流れ方向に対して後退翼とすることで翼１２の外周側への流れる成分が増加する。この結果、魚類が直接翼１２に衝突する確率を大幅に低減することが可能である。

また、後退翼とすることで、翼１２に魚類が衝突する確率が減少するため翼１２自身の損傷度合いも小さくなり、延命化並びにコスト低減を図ることが可能となる。

（３）実施の形態３
本発明の実施の形態３による海流発電システムについて、図４を用いて説明する。尚、上記実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

海流発電システムでは、魚類の致死率を下げる一方で、発電システム本来の発電容量を減少させないようにする必要がある。翼径を小さくすると魚類の衝突確率を低減することができるが、発電容量が減少する。

そこで本実施の形態３では、翼径を小さく抑えて魚類の衝突確率を減少させつつ、発電容量が減少しないように補助翼を用いている。

図４に示されたように、上記実施の形態１と同様のキャップ４と複数の翼２が設けられ、翼２の外周側に、翼２を相互に結合する円形の外周バンドリング８が設けられ、さらに外周バンドリング８より内径側に同心円状に中間バンドリング９が設けられている。そして、円周方向における翼２のそれぞれの間に複数の補助翼１０が放射状に設けられ、この補助翼１０が外周バンドリング８と中間バンドリング９とによって両端がそれぞれ支持されるように構成されている。

本実施の形態３によれば、外周バンドリング８を翼２の外周側へ設置することで翼２の先端部分が発生する翼端渦を低減することができるため、海流発電システム下流域における流れの変動を抑制し、これにより下流域での生態系へ及ぼす影響を低減することができる。

また、翼２に加えて補助翼１０も海流の流れを回転エネルギに変換する仕事をすることができる。このため、所定の出力を必要とする翼径は、補助翼１０が無い場合の発電システムと比較して小さくすることができる。この結果、翼径が小さくなることで魚が翼に衝突する確率が減少し生態系への影響を小さくすることができる。

さらに補助翼１０が外周バンドリング８と中間バンドリング９とによって支持されていることで、翼２と同様に補助翼１０が発生する翼端渦が低減され、海流発電システム下流域における流れの変動が抑制され生態系への影響が低減される。

上記実施の形態２のように、翼２を流れ方向に対して後退翼とした場合にも本実施の形態３を適用し、翼２の外周側に外周バンドリング８を設け、中間バンドリング９との間に補助翼１０を設けて上記実施の形態２及び本実施の形態３の効果を同時に奏することができる。

図５に、本実施の形態３の変形例を示す。この変形例では、補助翼１０がキャップ４で覆われた回転軸と中間バンドリング９との間に支持された状態で設けられている。この場合も、図４に示された実施の形態３と同様に、翼２の翼径を減らして魚類の衝突確率を減らすと共に必要な発電力を確保することができる。

しかし、図４に示された構成の方が、図５に示された構成より回転軸と中間バンドリング９との間の断面に存在する翼の数及び翼の占める面積が小さいので、魚類が翼に衝突することなく貫通する確率が高く致死率を下げることができる。

その一方で、図５に示された構成によれば補助翼１０が回転軸と中間バンドリング９との間に両端が接続されるように設けられているため、図４に示された補助翼１０が中間バンドリング９と外周バンドリング８との間に接続された構成より強度が高いと考えられる。

（４）実施の形態４
本発明の実施の形態４による海流発電システムについて、図６を用いて説明する。尚、上記実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態４は海底固定式海流発電システムに相当し、ナセル１が支柱２１により海底に固定されている。そして、ナセル１に海水電気分解装置が内蔵されている。ナセル１に内蔵されている発電機により発電された電力が海水電気分解装置に供給され、海水が電気分解され発生した水素がエネルギとして貯蔵されるとともに、発生した酸素がケーブ２２を介して支柱２３に送られ、支柱２３の先端の気泡排出穴２４から海水中に気泡２５となって放出される。この気泡排出穴２４が、キャップ１４で覆われた回転軸の中心前方に位置するように支柱２３が海底に固定されている。

ここで、本実施の形態４は上記実施の形態１〜３並びにそれぞれの変形例におけるいずれかの構成を備えている。

本実施の形態４によれば、海水を電気分解することにより生成された酸素が回転軸の中心前方に位置する気泡排出穴１１より排出されることで、酸素が翼２の上流側から排出されて翼２の回転径に万遍なく気泡２５が行き渡り、翼２の前縁付近に酸素気泡の膜が形成される。この気泡膜により、魚類が翼２に衝突する際の衝撃を和らげるクッション材として作用して死傷率を低減し、あるいは翼２への直接衝突自体を低減させることができる。

さらに、翼２を通過した酸素の気泡２５は翼２の回転により海中を拡散され下流側へ流れていく。酸素には水の浄化作用があり、かつ下流域に生存するプランクトンの活動を活性化する作用がある。その結果、下流域の漁場が活性化されることとなる。

本実施の形態４の変形例として、係留式海流発電システムに本実施の形態４を適用させた場合について、図７を用いて説明する。ナセル１が構造部材３１により支持され、構造部材３１は係留ワイヤ３２を介して海底にアンカー３３により固定されている。回転軸に上記実施の形態１の変形例と同様の円錐型のキャップ１４が設けられており、キャップ２を貫通するように回転軸の先端にＴ字型のパイプ３４が取り付けられており、両端には気泡排出穴３５が形成されている。この気泡排出穴２４は、キャップ１４で覆われた回転軸の中心前方に位置する。

上記実施の形態３と同様に、ナセル１に海水電気分解装置が内蔵されており、ナセル１に内蔵された発電機から電力が供給されて海水が電気分解され発生した水素がエネルギとして貯蔵されるとともに、発生した酸素がパイプ３４に送られ、気泡排出穴３５から海水中に気泡２５となって放出される。

海水の電気分解により生成された酸素が回転軸の中心前方に位置する気泡排出穴３５より回転しながら排出されることで、翼２の回転径に万遍なく気泡２５が行き渡り、翼２の前縁付近に酸素気泡の膜が形成される。この気泡膜によって、魚類が翼２に衝突する際の衝撃が和らげられて死傷率が低減し、また翼２への衝突自体が低減される。

また上記実施の形態３と同様に、酸素の気泡２５が翼２の回転によって海中を拡散され下流側へ流れていくことで、酸素の浄化作用並びに下流域のプランクトンの活動が活性化されて、下流域の漁場が活性化される。

図８に、本実施の形態４における酸素の気泡を排出する構成に関する変形例を示す。この例では、キャップ４４の中央先端部分に気泡排出穴４５が直接形成されている。これにより、ナセル１に内蔵された海水電気分解装置から発生した酸素が、キャップ４４の気泡排出穴４５から排出される。

図９に、本実施の形態４における酸素の気泡を排出する構成に関する他の変形例を示す。この例では、キャップ５４の周辺領域に円状に複数の気泡排出穴５５が配置されている。この場合は、排出された気泡が翼２の回転とともにより海水中に拡散されることとなる。

このように、キャップに設ける気泡排出穴は任意の領域に任意の数だけ形成することができる。尚、キャップに気泡排出穴を形成する場合、図８に示されたように回転軸の前方の中心部分に形成すると静圧が高く気泡が排出し難い可能性がある。これに対し、図９に示されたようにキャップの周辺領域に気泡排出穴を形成した場合は、静圧がより低く気泡の排出が容易となる。

図１０に示された変形例のように、キャップ６４の替わりに翼６２に気泡排出穴を形成してもよい。図１１に翼６２の形状を拡大して示し、図１１におけるＡ−Ａ線に沿う縦断面形状を図１２に示す。翼６２は、内部が空洞である中空構造を有し、先端から前縁領域に渡って気泡排出穴６３が設けられている。ナセル１に内蔵された海水電気分解装置から発生した酸素が、回転軸から翼６２の内部空間を経て気泡排出穴６３から海中へ排出され、翼６２の回転と共に拡散される。

これらの変形例は気泡を排出する構成に関する一例であり、これらの変形例に限らず回転軸先端に設けられたキャップから、あるいはキャップより前方側から気泡が排出されるものであれば、本実施の形態４と同様の効果を奏することができる。

（５）実施の形態５
本発明の実施の形態５による海流発電システムについて、その構成を示した図１３を用いて説明する。尚、上記実施の形態１〜４と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態５では、図１３に示されたように、ナセル１の後端部１ａが終端を頂点とする円錐形状を有している。ナセル１の後端部１ａがこのような円錐形状を有することにより、ナセル１の下流域において死水領域が形成されない。このため、ナセル１の下流域におけるキャビテーションの発生が抑制され、キャビテーションが原因となる魚類の殺傷が回避される。

この結果、本実施の形態５によれば、海流発電システムの下流域における魚類の殺傷確率を低減することが可能である。

（６）実施の形態６
本発明の実施の形態６による海流発電システムについて、その構成を示した図１４〜図１７を用いて説明する。図１４にこの海流発電システムの主機形状の正面図を示し、図１５にその左側面図としてキャップ７４及び翼２の形状を示し、図１６に、図１５における翼２のＢ−Ｂ線に沿う断面形状を示す。尚、上記実施の形態１〜５と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

ナセル１と翼２より上流側に、回転中心から外径測へ向かって内側に凹となる円錐形状キャップ７４が設けられているが、このキャップ７４はさらに、翼２を露出するように切り欠き７４ａが設けられている。

図３２、図３３に示されたキャップ１０６のような従来の形状を有する場合には、海流の流れ方向は回転軸に沿って平行となる。

これに対し、上記実施の形態１〜５と同様に、本実施の形態６におけるキャップ７４の形状により、キャップ７４に海流が衝突することで矢印で示されたように翼２の外周方向へ分散される。

翼２の垂直方向に流れる海流成分は、衝突損失分として失われるが、翼２を回転させるエネルギとしては十分確保され発電が可能である。

さらに本実施の形態６によれば、キャップ７４において翼２が露出するように切り欠き７４ａが形成されている。図１５に示されたように、キャップ７４と翼２との間に隙間が存在するように切り欠き７４ａが存在する。さらに図１６に示されたように、キャップ７４の切り欠き７４ａにより、翼２の圧力面２ａ及び負圧面２ｂの両方を含む全面が露出する。これにより、翼２に海流が流れて翼としての性能を十分に発揮しキャップ７４による出力低下を抑制することができる。

以上のように本実施の形態６によれば、翼２の中心部へ衝突するように泳いできた魚類の進行方向がキャップ７４により外周側へ変更されて衝突確率が低減されると共に、キャップ７４に切り欠き７４ａが形成されたでキャップ７４による出力低下を抑制することが可能である。

（７）実施の形態７
本発明の実施の形態７による海流発電システムについて、その構成を示した図１７〜図１９を用いて説明する。図１７にこの海流発電システムの主機形状の正面図を示し、図１８にその左側面図としてキャップ８４及び翼２の形状を示し、図１９に、図１８における翼２のＣ−Ｃ線に沿う断面形状を示す。尚、上記実施の形態１〜６と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

上記実施の形態６では、キャップ７４の切り欠き７４ａが翼２の負圧面及び圧力面の両方を含む全面を露出するように形成されている。これに対し本実施の形態７では、キャップ８４において翼２における圧力面のみが露出するように切り欠き８４ａが形成されている。より具体的には、図１８に示されたように、翼２の圧力面２ａのみがキャップ８４との間に隙間があり、負圧面２ｂとキャップ８４との間に隙間がないように切り欠き８４ａが形成されている。また図１９に示されたように、キャップ８４の切り欠き８４ａにより、翼２の圧力面２ａが露出する。

このように本実施の形態７では、切り欠き８４ａによる翼２の露出部を圧力面２ａに限定しているが、翼２は圧力面２ａと負圧面２ｂとの圧力差により回転することから、キャップ８４による出力低下を抑制することが可能である。また、上記実施の形態６よりもキャップ８４が翼２を覆う部分が多いことから、魚類の死傷率をより低下させることができる。

（８）実施の形態８
本発明の実施の形態８による海流発電システムについて、図２０、図２１を用いて説明する。図２０にこの海流発電システムの主機形状の正面図を示し、図２１にその左側面図としてキャップ９４及び翼２の形状を示す。上記実施の形態１〜７と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態８では、翼２がキャップ９４上に接合され、あるいは翼２とキャップ９４とが一体となるように成形されている。上記実施の形態１〜７では、いずれも翼の上流側にキャップが設けられ、キャップには翼の形状が全く形成されていない。このため、キャップで覆われている部分は翼が存在しない状態にある。

一方、本実施の形態８ではキャップ９４上に翼２が接合されていることから、キャップ９４の表面上に翼の中心部分の形状が形成された状態となる。これにより、翼２のより多くの面積に海流が作用して仕事量が増加し、出力を高めることができる。

また本実施の形態８においても上記実施の形態１〜７と同様に、キャップ９４の存在により海流が翼２の外周方向へ流れることで、魚類の衝突確率を低減することが可能である。

（９）実施の形態９
本発明の実施の形態９による海流発電システムについて、主要な構成要素を示した図２２、その翼とキャップの形状を示した図２３を用いて説明する。上記実施の形態１〜８と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態９は、翼２の回転軸中心に対してキャップ１０４ａの図形上の中心位置が偏心するように、キャップ１０４ａが設けられている。キャップ１０４ａの図形上の中心位置を偏心させることで、図２３において一点鎖線で示されたようにキャップ１０４ａが回転する半径が見かけ上大きくなる。これにより、キャップ１０４ａが見かけ上翼２を覆う面積が大きくなり、魚類の死傷率を低減させることができる。

また、キャップ１０４ａ自体の面積は、翼２を覆う一点鎖線で囲まれた見かけ上の面積よりも小さいため、翼２がキャップ１０４ａから露出して海流を受ける面積も確保され、キャップ１０４ａで覆われることによる出力低下を抑制することができる。

キャップ１０４の回転軸と翼２の回転軸との間にギア等を設けて、キャップ１０４の回転数と翼２の回転数とを異ならせてもよい。この場合には、海流に対してキャップ１０４により翼２が隠れている部分を常に変化させることができる。複数枚の翼２のうち、露出面積が大きいもの程海流を受ける負荷が大きくなるが、この負荷を均一化させ翼２全体の疲労を分散させて寿命を延ばすことができる。また、発電機の回転軸にかかる負荷も均一化され片減りを防ぐことができる。尚、この翼２への負荷の均一化は、翼２の回転数よりキャップ１０４の回転数が高い方がより効果的である。

図２４に、本実施の形態９の第１の変形例による海流発電システムにおける主要な構成要素を示し、図２５に翼２とキャップ１０４ｂの形状を示す。

この第１の変形例では、上記実施の形態９とは異なり翼２の回転軸中心とキャップ１０４ｂの図形上の中心とは一致しており偏心していない。さらにキャップ１０４ｂは、図２５において示されたように、上記実施の形態９のような真円ではなくハッチングが施された一部の領域１０４ｃが欠けた形状を有する。

この第１の変形例によれば、図２５において一点鎖線で示されたようにキャップ１１４が回転する半径が見かけ上大きくなり、上記実施の形態９と同様に魚類の死傷率を低減させることができる。さらにキャップ１１４が真円から一部の領域１０４ｃが欠けた形状を有することで、円形状のキャップ１０４を有する上記実施の形態９よりも翼２がキャップ２から露出する部分がより大きくなり、出力を向上させることができる。

図２６に、本実施の形態９の第２の変形例による海流発電システムにおける翼２とキャップ１１４の形状を示す。

この第２の変形例では、翼２の回転軸中心とキャップ１１４の図形上の中心とは一致しておらず偏心している。さらにキャップ１１４は、楕円形状を有する。

この第２の変形例によれば、図２３において点線で示されたようにキャップ１１４が回転する半径が見かけ上大きくなり、上記実施の形態９、第１の変形例と同様に魚類の死傷率を低減させることができる。さらにキャップ１１４を楕円形状としたことで、円形状のキャップ１０４を有する上記実施の形態９よりも、翼２がキャップ２から露出して海流を受ける部分が大きくなり、出力を向上させることができる。

図２７に、本実施の形態９の第３の変形例による海流発電システムにおける翼２とキャップ１２４とを示す。この第３の変形例では、翼２の回転軸中心とキャップ１２４の図形上の中心とは一致しており偏心しておらず、キャップ１２４が多角形形状を有する。

ここでは翼２の枚数が３であり、これと同数の頂点を有するように多角形形状として三角形の形状をキャップ１２４が有する。さらに、キャップ１２４の３つの頂点が、それぞれ翼２の間に位置するように設けられている。翼２の枚数が４枚の場合は、キャップは四角形、翼２の枚数が５枚の場合は、キャップは五角形の形状を有し、それぞれの頂点が翼の間に位置することが望ましい。

尚、図２７におけるキャップ１２４のＤ−Ｄ線に沿う断面を図２８に示す。図２８（ａ）に示されたように、左右対称な二等辺三角形の断面の一部１２４ａが除去された形状であってもよく、あるいは図２８（ｂ）のように左右が非対象な形状を有し一部１２４ｂが欠けた形状を有するものであってもよい。

この第３の変形例によれば、図２７において一点鎖線で示されたようにキャップ１２４が回転する半径が見かけ上大きくなるため、上記実施の形態９、第１の変形例、第２の変形例と同様に魚類の死傷率を低減させることができる。さらにキャップ１２４を多角形状としたことで、円形状のキャップ１０４を有する上記実施の形態９より翼２がキャップ２から露出する部分が多くなり、出力が向上する。

第１、第２、第３の変形例においても上記実施の形態９と同様に、キャップ１１４ａ、１１４ｂ、１２４の回転軸と翼２の回転軸との間にギア等を設けて、キャップ１１４ａ、１１４ｂ、１２４の回転数と翼２の回転数とを異ならせてもよい。

（１０）実施の形態１０
本発明の実施の形態１０による海流発電システムについて、図２９〜図３０を用いて説明する。図２９にこの海流発電システムの主機形状の正面図を示し、図３０にその左側面図としてキャップ１３４及び翼２の形状を示す。上記実施の形態１〜９と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態１０では、キャップ１３４の表面上に円環状のネット４１が設けられている。キャップ１３４から露出している翼２の部分で海流を受けて回転するが、魚類が翼２に衝突する確率は全く零ではない。

そこで本実施の形態１０では、翼２の上流側にネット４１を設けることで、魚類が翼２に衝突することを回避し魚類の致死率を低減することが可能である。

ところで、ネット４１を翼２の上流側に設置すると、海草や流れてきた塵等がネット４１に付着するため、取り除く作業が必要となる。本実施の形態１０によれば、ネット４１がキャップ１３４と共に回転することで、一旦付着した塵類を振り払うことで、取り除く作業回数を少なくすることができる。

図３１に、本発明の実施の形態１０の変形例による海流発電システムの構成を示す。この変形例では、ネット４１をキャップ１４４よりさらに上流側へ設置するために、ネット支持棒４２をキャップ１４４の上流側へ設け、このネット支持棒４２にネット４１を取り付けている。ネット支持棒４２はキャップ１４４と共に回転し、これに伴いネット４１も回転する。

この変形例においても上記実施の形態１０と同様に、魚類が翼２に衝突することを回避し魚類の致死率を低減すると共に、ネット４１が回転することで一旦付着した塵類が振り払われ、取り除く作業回数を低減することができる。

尚、ネット４１は金属、化学繊維、樹脂等の素材を用いて作製することができる。金属を用いた場合は海流におけるネット４１の回転抵抗を少なくすることができる。化学繊維を用いた場合は、海流に沿って撓むことで、魚類に傷を付けにくいという効果が得られる。さらに樹脂を用いた場合には、回転抵抗を減少させ、かつ魚類に与える傷を減少させることが可能である。

上記実施の形態１〜１０によれば、魚類の衝突による死亡率を低減し、魚類の死亡によるその上位捕食者の衰退等、環境に与える影響が少ない海流発電システムを提供することができる。

上記実施の形態はいずれも一例であって限定するものではなく、様々に変形することが可能である。

上記実施の形態２〜１０及びそれぞれの変形例では、いずれも上記実施の形態１と同様の形状を有するキャップを備えている。しかし、このようなキャップを備えていない場合であっても魚類の衝突確率を低減することができる。例えば、上記実施の形態２及びその変形例において後退翼を有することで、上記実施の形態１と同様のキャップを有していなくとも魚類の衝突確率が低減され生態系への影響を下げることができる。また上記実施の形態３、４及びそれぞれの変形例において気泡を発生することにより、上記実施の形態１と同様のキャップを有していなくとも魚類の衝突確率の低減並びに生態系への影響の低減が可能である。

また、上記実施の形態４、並びに実施の形態４の各変形例において、海水電気分解装置は必ずしもナセルに内蔵されている必要はなく、ナセルの外部に設けられていてもよい。

さらに、上記実施の形態５はナセルの後端が円錐形状を有しているが、上記実施の形態６〜１０、変形例のそれぞれにおいても同様にナセルの後端が円錐形状を有するように構成してもよい。

あるいはまた、上記実施の形態１０、その変形例において、上記実施の形態６、７のようにキャップに切り欠きが設けられていてもよく、あるいは上記実施の形態８のようにキャップに翼が接合、あるいは一体に成形されていてもよい。

１ ナセル
２、１２、６２ 翼
４、１４、４４、５４、６４、７４、８４、９４、１０４ａ、１０４ｂ、１１４、１２４、１３４、１４４ キャップ
８ 外周バンドリング
９ 中間バンドリング
１０ 補助翼
２１、２３ 支柱
２２ ケーブル
２４、３５、４５、５５ 気泡排出穴
３４ パイプ
４１ ネット
４２ ネット支持棒

Claims (21)

1. 海水の流れを回転エネルギに変換する翼と、
   変換された前記回転エネルギを、前記翼に接続された回転軸を介して与えられて発電を行い、ナセルに内包された発電機と、
   を備える海流発電システムにおいて、
   前記翼における前記回転軸に接続された回転中心から外径側へ所定領域を覆うように設けられたキャップをさらに備え、
   前記キャップが円錐形状を有することを特徴とする海流発電システム。
2. 請求項１に記載の海流発電システムにおいて、前記キャップが前記回転中心から前記外径側へ向かうに従い内側に凹となる円錐形状または母線が略直線形状である円錐形状を有することを特徴とする請求項１記載の海流発電システム。
3. 前記翼が、海水の流れ方向に対して後退する後退翼形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の海流発電システム。
4. 前記翼の外周側に前記翼を連結する円形の外周バンドリングと、
   前記外周バンドリングの内周側に、前記外周バンドリングと同心円状に設けられた中間バンドリングと、
   前記回転軸から前記中間バンドリングへ向かって放射状に設けられた補助翼と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の海流発電システム。
5. 前記翼の外周側に前記翼を連結する円形の外周バンドリングと、
   前記外周バンドリングの内周側に、前記外周バンドリングと同心円状に設けられた中間バンドリングと、
   前記中間バンドリングから前記外周バンドリングに向かって放射状に設けられた補助翼と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の海流発電システム。
6. 前記発電機により発電された電力を用いて海水を電気分解し、酸素及び水素を発生させる海水電気分解装置と、
   前記海水電気分解装置が発生した酸素を与えられ、前記翼の上流側から気泡を排出する気泡排出穴を有する気泡排出手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の海流発電システム。
7. 前記気泡排出手段として、前記気泡排出穴を一端に有する支柱を有し、前記海水電気分解装置が発生した酸素を与えられて前記気泡排出穴から気泡を排出することを特徴とする請求項６記載の海流発電システム。
8. 前記気泡排出手段として、前記キャップを介して前記回転軸に接続され前記翼の上流側へ向けて延在し一端に前記気泡排出穴を有し、前記回転軸の回転とともに回転するパイプを有し、前記海水電気分解装置が発生した酸素を与えられて前記気泡排出穴から気泡を排出することを特徴とする請求項６記載の海流発電システム。
9. 前記発電機により発電された電力を用いて海水を電気分解し、酸素及び水素を発生させる海水電気分解装置と、
   前記海水電気分解装置が発生した酸素を与えられて気泡を排出する気泡排出穴を有する気泡排出手段と、
   をさらに備え、
   前記気泡排出手段として、前記キャップが前記気泡排出穴を有し、前記海水電気分解装置が発生した酸素を与えられて前記気泡排出穴から排出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の海流発電システム。
10. 前記発電機により発電された電力を用いて海水を電気分解し、酸素及び水素を発生させる海水電気分解装置と、
    前記海水電気分解装置が発生した酸素を与えられて気泡を排出する気泡排出穴を有する気泡排出手段と、
    をさらに備え、
    前記気泡排出手段として、前記翼が縁部に沿って前記気泡排出穴が形成された中空構造を有し、前記海水電気分解装置が発生した酸素を与えられて前記気泡排出穴から気泡を排出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の海流発電システム。
11. 前記ナセルの後端部が、後端を頂点とする円錐形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の海流発電システム。
12. 前記キャップに、前記翼が露出するように切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流発電システム。
13. 前記キャップに、前記翼の圧力面のみが露出するように切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流発電システム。
14. 前記翼は、前記所定領域において前記キャップ上に接合され、又は前記キャップと一体となるように成形されていることを特徴とする請求項１記載の海流発電システム。
15. 前記キャップの図形上の中心が、前記回転軸から偏心していることを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流発電システム。
16. 前記キャップは真円から一部の領域が除去された形状を有し、前記領域から前記翼の一部が露出することを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流発電システム。
17. 前記キャップは楕円形状を有し、この楕円の中心が前記回転軸から偏心していることを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流発電システム。
18. 前記キャップは前記翼と同数の多角形形状を有し、この多角形のそれぞれの頂点が前記翼の間に位置することを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流発電システム。
19. 前記翼の回転数と前記キャップの回転数とが異なることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の海流発電システム。
20. 前記キャップ上にネットがさらに設けられ、前記ネットが前記キャップと共に回転することを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流溌電システム。
21. 前記キャップの先端から上流方向に延在するように接合された部材と、前記部材に取り付けられたネットとをさらに備え、前記ネットが前記キャップと共に回転することを特徴とする請求項１乃至５、又は１１のいずれか１項に記載の海流発電システム。

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