JP6772799B2 - 水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステム - Google Patents

Description

本発明は、水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムに関する。

水中浮遊式発電装置として、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載された水中浮遊式発電装置は、タービン翼を有する発電用タービンが設けられたポッドを備え、水中において海流もしくは潮流によってタービン翼を回転させて発電を行っている。

特表２０１４−５３４３７５号公報

ここで、発電を行わない等の場合には、水中浮遊式発電装置を海面に浮上させることがある。発電用タービンの回転が可能な状態で水中浮遊式発電装置を浮上させると、水中浮遊式発電装置が不安定な状態で浮上することがある。このため、本分野では、水中浮遊式発電装置を浮上させる際に発電用タービンの回転を簡素な構成で制御することが求められている。

そこで、本発明は、水中浮遊式発電装置を浮上させる際に発電用タービンの回転を簡素な構成で制御可能な水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムを提供することを目的とする。

本発明の一側面は、タービン翼を有する発電用タービンが設けられた水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムであって、水中で受ける水圧によって作動し、発電用タービンの回転軸に対してブレーキ力を付与するブレーキを備える。

この水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムでは、水中で受ける水圧によって作動するブレーキによって、発電用タービンの回転軸に対してブレーキ力が付与される。これにより、ブレーキを作動させるための駆動機構を別途用いることなく、水中浮遊式発電装置の周りの水圧を用いて簡素な構成で発電用タービンの回転を制御できる。これにより、水中浮遊式発電装置を浮上させる際に発電用タービンの回転を簡素な構成で制御することができる。

水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムは、回転軸及びブレーキを収容する筐体と、一方の端部がブレーキに接続され、他方の端部が筐体を貫通して筐体の外部に連通する注水管と、を更に備え、ブレーキは、回転軸に当接する当接部材と、注水管から注水された水の圧力によって作動し、当接部材を回転軸に押し付けるピストンと、を備えていてもよい。この場合には、水圧で作動するピストンによって当接部材を発電用タービンの回転軸に押し付けることによって、簡素な構成で回転軸にブレーキ力を付与することができる。

水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムは、注水管における一方の端部と他方の端部との間に設けられたマスターシリンダを更に備え、マスターシリンダとブレーキとの間の注水管内には作動液が充填され、マスターシリンダは、注水管の他方の端部から注水された水の圧力を、作動液に伝達し、ピストンは、作動液の圧力によって作動してもよい。この場合、水中浮遊式発電装置の外部から注水された水は、ブレーキのピストンに直接作用しない。すなわち、ピストン周りには、外部から取り込まれた水が導入されない。このように、マスターシリンダを設けることで、外部から取り込まれた水の流通範囲を短くすることができる。外部から取り込まれた水の流通範囲を短くすることで、注水管内を流通する水が入れ替わり易くなる。また、例えば外部から取り込まれた水の中にゴミ等の異物が含まれていても、これらの異物がピストン周りに導入されない。このため、ブレーキの耐久性を向上させることができる。

水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムは、注水管に設けられ、注水管の他方の端部から注水された水の流通状態を切り替える注水バルブと、注水管に設けられ、注水管の他方の端部から注水バルブへの水の流通を許容し、注水バルブから注水管の他方の端部への水の流通を遮断する注水側逆止弁と、一方の端部が注水管に接続され、他方の端部が筐体を貫通して筐体の外部に連通し、注水管の他方の端部から注水された水を筐体外に排水する排水管と、排水管に設けられ、排水管内の水の流通状態を切り替える排水バルブと、排水管に設けられ、排水バルブから排水管の他方の端部への水の流通を許容し、排水管の他方の端部から排水バルブへの水の流通を遮断する排水側逆止弁と、を更に備え、注水バルブ及び排水バルブは、電力によって流通状態を切り替え、注水バルブは、非通電状態において、注水管の他方の端部から注水された水を注水管内で流通させ、排水バルブは、非通電状態において、排水管内の水の流通を遮断してもよい。この場合、注水バルブ及び排水バルブが非通電の状態において、ブレーキが発電用タービンの回転軸にブレーキ力を付与した状態となる。これにより、水中浮遊式発電装置を浮上させる際に発電用タービンの回転軸にブレーキ力を付与するために電力を用いることなく、水圧によってブレーキ力を付与することができる。

ブレーキは、水圧の減少に伴ってブレーキ力を減少させ、タービン翼は、一つの発電用タービンに対して２枚設けられ、回転軸の軸方向に沿って見たときに、２枚のタービン翼のうち、一方のタービン翼における回転軸からの延び方向と、他方のタービン翼における回転軸からの延び方向とは、互いに逆方向となっていてもよい。ここで、水中浮遊式発電装置が水面に浮上した状態では水圧が掛からないため（ほぼ掛からないため）、発電用タービンの回転軸に対してブレーキ力も掛からない（ほぼ掛からない）。このため、水中浮遊式発電装置が水面に浮上すると、タービン翼の重力及び浮力によって回転軸が回転し、２枚のタービン翼が水面に浮かんだ状態又は水中に入った状態となる。すなわち、水中浮遊式発電装置が水面に浮上した状態で、タービン翼が水面から突き出た状態とならない。このように、水中浮遊式発電装置が水面に浮上した状態おいてタービン翼が水面から突き出た状態とならないため、波浪及び風等の影響を考慮したタービン翼の設計が不要となる。また、水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムでは、タービン翼の重力及び浮力によって回転軸が回転して、２枚のタービン翼が自然と水面に浮かんだ状態又は水中に入った状態となる。すなわち、浮上時に発電用タービンの回転角度の制御が不要となる。

本発明の一側面によれば、水中浮遊式発電装置を浮上させる際に発電用タービンの回転を簡素な構成で制御できる。

本発明の一実施形態に係るタービン回転軸ブレーキシステムが適用された水中浮遊式発電装置の概略構成を示す図である。 図１の水中浮遊式発電装置の正面図である。 第１タービンに設けられたタービン回転軸ブレーキシステムの概略構成を示す図である。 浮上中の海流発電装置を示す概略図である。 海面に浮上した状態の海流発電装置を示す概略図である。

以下、本発明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、重複する説明は省略する。

以下の説明において、「上流」又は「下流」との語は、水の流れを基準として用いられる。また、「前」との語は、水の流れの上流側を意味し、「後」との語は、水の流れの下流側を意味する。例えば、ダウンウィンド型のタービンが用いられる場合には、ポッドの後部側にブレード（翼）が配置される。また、「左」又は「右」との語は、水の流れに対して垂直で且つ水平な方向を意味し、後方すなわち下流側から見た場合を基準として用いられる。「上」又は「下」との語は、水中浮遊式発電装置１の姿勢が安定した状態における鉛直方向線を基準とする。

図１及び図２を参照して、本実施形態のタービン回転軸ブレーキシステムＳが適用された水中浮遊式発電装置１について説明する。図１に示されるように、水中浮遊式発電装置１は、例えば海水中に設置されて浮遊し、海流を利用して発電を行う。水中浮遊式発電装置１は、左右に離間して配置された一対のポッドである第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂと、第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂを連結するクロスビーム３とを備える。第１ポッド２Ａは右側に配置されたポッドであり、第２ポッド２Ｂは左側に配置されたポッドである。第１ポッド２Ａの後部には、第１発電用タービン４Ａが設けられている。第２ポッド２Ｂの後部には、第２発電用タービン４Ｂが設けられている。以下の説明では、水中浮遊式発電装置１を海流発電装置１という。また、第１発電用タービン４Ａ及び第２発電用タービン４Ｂを、それぞれ、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂという。

第１ポッド２Ａは、第１タービン４Ａを回転可能に支持しつつ、第１タービン４Ａに適正な浮力を付与する。第２ポッド２Ｂは、第２タービン４Ｂを回転可能に支持しつつ、第２タービン４Ｂに適正な浮力を付与する。第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂは、円筒状をなしており、例えば、同じ大きさ及び構造を有している。

第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂの間には、これらを連結する構造体であるクロスビーム３が延在している（すなわち横断するように延びている）。クロスビーム３は、前後方向に所定の長さを有し、所定の厚みを有する。クロスビーム３は、浮遊する海流発電装置１の姿勢を安定させるべく、例えば翼形状をなしている。クロスビーム３の左右の両端は、例えば、第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂの胴部の略中央にそれぞれ固定されている。なお、クロスビーム３が固定される位置は、上記の位置に限られない。クロスビーム３は、ポッドの上部又は下部に固定されてもよいし、ポッドの前部又は後部に固定されてもよい。クロスビーム３は、その延在方向（すなわち横断方向）において等しい断面形状を有してもよく、延在方向において変化する断面形状を有してもよい。クロスビーム３の中央付近に、１又は複数の物体が設けられてもよい。また、この物体から係留索が接続されていてもよい。

海流発電装置１は、海底に固定されたシンカー１４に対して、第１係留ロープ１１Ａ及び第２係留ロープ１１Ｂを介して接続されている。第１係留ロープ１１Ａ及び第２係留ロープ１１Ｂは、これらの分岐点１３（図２参照）がシンカー１４に設けられた、いわゆるＶ字状の係留索である。第１係留ロープ１１Ａの下端（他端）及び第２係留ロープ１１Ｂの下端（他端）は、例えば、シンカー１４に対して３６０度回転可能であるように接続されている。シンカー１４に対する第１係留ロープ１１Ａ及び第２係留ロープ１１Ｂの接続部は、例えばシャックル等を用いた締結構造であってもよい。なお、分岐点１３がシンカー１４と海流発電装置１との間の途中部分に設けられることで、第１係留ロープ１１Ａ及び第２係留ロープ１１ＢがＹ字状をなしてもよい。なお、係留ロープの他端を海底に固定する固定部として、シンカー１４に代えて、アンカーが用いられてもよい。

海流発電装置１は、例えば、第１係留ロープ１１Ａ及び第２係留ロープ１１Ｂによって、異なる２点で係留されている。より詳細には、第１係留ロープ１１Ａの上端（一端）は、クロスビーム３の右側に接続されている。第２係留ロープ１１Ｂの上端（一端）は、クロスビーム３の左側に接続されている。クロスビーム３に対する第１係留ロープ１１Ａの係留点１２Ａと、クロスビーム３に対する第２係留ロープ１１Ｂの係留点１２Ｂとは、例えば、クロスビーム３の延在方向（図２の左右方向）に所定の長さ離間している。クロスビーム３の中央付近に、１又は複数の物体が設けられる場合、この物体から係留索が接続されていてもよい。

図１に示されるように、第１係留ロープ１１Ａ及び第２係留ロープ１１Ｂに沿うようにして、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂにおいて発電された電力を送電するための送電ケーブル１０が設けられている。より詳細には、第１タービン４Ａで発電された電力を送電する第１ケーブル１０Ａが、第１係留ロープ１１Ａに沿って設けられており、第２タービン４Ｂで発電された電力を送電する第２ケーブル１０Ｂが、第２係留ロープ１１Ｂに沿って設けられている。第１ケーブル１０Ａの一端は、第１ポッド２Ａ内の発電機１７（図３参照）に接続されている。第２ケーブル１０Ｂの一端は、第２ポッド２Ｂ内の発電機に接続されている。送電ケーブル１０の他端は、例えばシンカー１４内に設けられた中継器（または変圧器等）に接続されている。中継器には、海底に敷設されて地上まで延びる送電ケーブルが接続されており、これらの送電ケーブルを介して、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂにおいて発電された電力が地上に送電されるようになっている。

なお、各ケーブルが設けられる形態は上記形態に限られない。例えば、送電ケーブル１０、第１ケーブル１０Ａ及び第２ケーブル１０Ｂが、始動時のための給電ケーブルと一体になっていてもよい。第１タービン４Ａに接続された第１ケーブル１０Ａが給電ケーブルであり、第２タービン４Ｂに接続された第２ケーブル１０Ｂが送電ケーブルであってもよい。中継器は、シンカー１４外の海底又は海流発電装置１内に設定されてもよい。

海流発電装置１に適用される第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂは、いわゆるダウンウィンド型のタービンである。第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂは、海流の向きに対向した姿勢で浮遊する。この浮遊状態において、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂの回転軸線は、互いに平行をなしており、略水平に維持される。なお、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂは、アップウィンド型のタービンであってもよい。

第１タービン４Ａは、第１ハブ５Ａと、第１ハブ５Ａに設けられた２枚の第１ブレード（タービン翼）６Ａとを含んでいる。第２タービン４Ｂは、第２ハブ５Ｂと、第２ハブ５Ｂに設けられた２枚の第２ブレード（タービン翼）６Ｂとを含んでいる。第１ハブ５Ａは、第１ポッド２Ａの後端部に配置されている。第２ハブ５Ｂは、第２ポッド２Ｂの後端部に配置されている。ダウンウィンド型のタービンを採用した海流発電装置１においては、海流の向きを基準として、第１ポッド２Ａの下流側に第１ブレード６Ａが配置され、第２ポッド２Ｂの下流側に第２ブレード６Ｂが配置される（図１参照）。

第１タービン４Ａと第２タービン４Ｂとにおいて、ブレードのピッチは逆向きとされている。すなわち、第２ブレード６Ｂのピッチは、第１ブレード６Ａのピッチとは逆向きである。これにより、第１タービン４Ａと第２タービン４Ｂとは、海流を受けて互いに逆向きに回転する。図２に示されるように、例えば、第１タービン４Ａは、上流側から見て時計回りの回転方向Ｒ_Ａに回転し、第２タービン４Ｂは、上流側から見て反時計回りの回転方向Ｒ_Ｂに回転するが、互いに逆回転の場合でも可能である。

言い換えれば、第１タービン４Ａと第２タービン４Ｂとは、第１ブレード６Ａ及び第２ブレード６Ｂが第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂの間の領域（クロスビーム３が配置された領域）で上から下に向けて通過するような回転方向で回転する。すなわち、第１ブレード６Ａ及び第２ブレード６Ｂは、上流側から見て、クロスビーム３を上から下に向けて通過する。

次に、図３を用いて、第１ポッド２Ａ及び第２ポッド２Ｂの内部構成の詳細について説明する。以下、第１ポッド２Ａの構成について説明する。第２ポッド２Ｂも第１ポッド２Ａと同様の構成を有するため、第２ポッド２Ｂに関する説明を省略する。

図３に示されるように、第１ポッド２Ａの後端部の第１ハブ５Ａには、２枚の第１ブレード６Ａが取り付けられている。第１ブレード６Ａは、第１ハブ５Ａと一体的に回転可能になっている。第１ポッド２Ａの筐体１５内には、回転軸１６及び発電機１７等が収容されている。筐体１５は、海流発電装置１が海水中に浮遊した状態であっても、内部に海水が入り込まない構造となっている。すなわち、筐体１５内は空気で満たされている。

第１タービン４Ａの回転は、回転軸１６を介して発電機１７に伝達される。回転軸１６は、たとえば第１ポッド２Ａの中心軸線に沿って設けられている。回転軸１６は、ベアリング１８によって筐体１５に対して回転可能に支持されている。回転軸１６の軸方向に沿って見たときに、２枚の第１ブレード６Ａのうち、一方の第１ブレード６Ａにおける回転軸１６からの延び方向と、他方の第１ブレード６Ａにおける回転軸１６からの延び方向とは、互いに逆方向となっている。

海流発電装置１において、第１ブレード６Ａのピッチ角度は可変になっている。各第１ブレード６Ａの基端部のブレード軸には、駆動装置１９が連結されている。駆動装置１９は、例えば第１ハブ５Ａ内に油圧機構とともに搭載される。駆動装置１９は、例えば、歯車機構を含んでいる。駆動装置１９としては、公知の機構を用いることができる。なお、第１ブレード６Ａのピッチ角度を変化させる機構として、油圧による駆動装置１９に限られず、サーボモータ等が用いられてもよい。第１ブレード６Ａ（および第２ブレード６Ｂ）のピッチ角度は可変でなく、固定されていてもよい。

第１ポッド２Ａには、第１タービン４Ａの回転軸１６にブレーキ力を付与するタービン回転軸ブレーキシステムＳが設けられている。タービン回転軸ブレーキシステムＳは、筐体１５内に設けられている。タービン回転軸ブレーキシステムＳは、マスターシリンダ２０、ブレーキ２１、注水管Ｌ、排水管Ｌ３、注水バルブＢ１０、注水側逆止弁Ｂ１１、排水バルブＢ２０、及び排水側逆止弁Ｂ２１を有している。

注水管Ｌの一方の端部は、ブレーキ２１に接続されている。注水管Ｌの他方の端部は、筐体１５を貫通して筐体１５の外部と連通している。注水管Ｌの他方の端部は、筐体１５の外部から注水管Ｌ（第１配管Ｌ１）内に海水を注水する注水口Ｌ１ａとなる。マスターシリンダ２０は、注水管Ｌにおける一方の端部（ブレーキ２１側の端部）と他方の端部（注水口Ｌ１ａ側の端部）との間に設けられている。

ここで、注水管Ｌにおいて、マスターシリンダ２０と注水口Ｌ１ａとの間の部分を第１配管Ｌ１と呼び、マスターシリンダ２０とブレーキ２１との間の部分を第２配管Ｌ２呼ぶ。マスターシリンダ２０は、シリンダ２０ａ、及びピストン２０ｂを有している。ピストン２０ｂは、シリンダ２０ａ内を、第１空間Ａと、第２空間Ｂとに区画している。第１空間Ａは、第１配管Ｌ１と連通している。第２空間Ｂは、第２配管Ｌ２と連通している。第１空間Ａ及び第１配管Ｌ１内には、注水口Ｌ１ａから海水が注水される。第２配管Ｌ２及び第２空間Ｂ内には、作動油（作動液）が充填されている。なお、作動油に限定されず、第２配管Ｌ２及び第２空間Ｂ内に海水以外の他の液体が充填されていてもよい。

ピストン２０ｂは、注水口Ｌ１ａから第１配管Ｌ１内に注水された海水の水圧に応じてシリンダ２０ａ内をスライドし、第１空間Ａ及び第２空間Ｂの体積を変化させる。すなわち、マスターシリンダ２０は、ピストン２０ｂをスライドさせることにより、注水口Ｌ１ａから注水された海水の水圧を作動油に伝達する。

ブレーキ２１は、海流発電装置１が海水中に浮遊しているときに、海水中で受ける水圧によって作動し、第１タービン４Ａの回転軸１６に対してブレーキ力を付与する。より詳細には、ブレーキ２１は、一対のピストン２１ａ、及び一対のブレーキパッド（当接部材）２１ｂを有している。ブレーキパッド２１ｂは、回転軸１６に固定されたブレーキディスク２２を挟み込むように配置されている。一対のピストン２１ａは、第２配管Ｌ２内の作動油の油圧によって作動（スライド）する。一対のピストン２１ａは、一対のブレーキパッド２１ｂによってブレーキディスク２２が挟み込まれるように、油圧に応じて一対のブレーキパッド２１ｂをそれぞれブレーキディスク２２に押し付ける。

このように、ブレーキ２１は、注水口Ｌ１ａから注水された海水の圧力に応じて、回転軸１６にブレーキ力を付与する。すなわち、海流発電装置１が海水中の深い位置で浮遊しているときには、ブレーキ２１が回転軸１６に与えるブレーキ力が強くなる。海流発電装置１が浮上するにしたがって海水中の水圧が弱まるため、ブレーキ２１が回転軸１６に与えるブレーキ力が弱くなる。海流発電装置１が海面に浮上したときには、ブレーキ２１によるブレーキ力の付与が解除される。このように、ブレーキ２１は、海水中の水圧の減少に伴ってブレーキ力を減少させる。

注水バルブＢ１０は、第１配管Ｌ１に設けられている。注水バルブＢ１０は、第１配管Ｌ１の注水口Ｌ１ａから注水された海水の流通状態を切り替える。注水バルブＢ１０は、電力によって流通状態を切り替える。例えば、注水バルブＢ１０として、電磁弁を用いることができる。注水バルブＢ１０は、非通電状態において、注水口Ｌ１ａから注水された海水を第１配管Ｌ１内で流通させる（注水バルブＢ１０が開状態）。注水バルブＢ１０は、通電状態において、注水口Ｌ１ａから注水された海水の第１配管Ｌ１内での流通を遮断する（注水バルブＢ１０が閉状態）。なお、注水バルブＢ１０は、非通電状態で開状態を維持できるバルブであれば、種々の構成のバルブを採用できる。

注水側逆止弁Ｂ１１は、第１配管Ｌ１において注水バルブＢ１０と注水口Ｌ１ａとの間に設けられている。注水側逆止弁Ｂ１１は、注水口Ｌ１ａから注水バルブＢ１０への海水の流通を許容し、注水バルブＢ１０から注水口Ｌ１ａへの海水の流通を遮断する。

排水管Ｌ３の一方の端部は、第１配管Ｌ１における注水バルブＢ１０とマスターシリンダ２０との間に接続されている。排水管Ｌ３の他方の端部は、筐体１５を貫通して筐体１５の外部と連通している。排水管Ｌ３は、第１配管Ｌ１の注水口Ｌ１ａから第１配管Ｌ１内に注水された海水を筐体１５外に排水する。排水管Ｌ３の他方の端部は、筐体１５の外部に海水を排水する排水口Ｌ３ａとなる。

排水バルブＢ２０は、排水管Ｌ３に設けられている。排水バルブＢ２０は、排水管Ｌ３内の海水の流通状態を切り替える。排水バルブＢ２０は、電力によって流通状態を切り替える。例えば、排水バルブＢ２０として、電磁弁を用いることができる。排水バルブＢ２０は、非通電状態において、排水管Ｌ３内の海水の流通を遮断する（排水バルブＢ２０が閉状態）。すなわち、排水バルブＢ２０は、非通電状態において、排水管Ｌ３の排水口Ｌ３ａから海水の排出を停止させる。排水バルブＢ２０は、通電状態において、排水管Ｌ３内で海水を流通させる（排水バルブＢ２０が開状態）。すなわち、排水バルブＢ２０は、通電状態において、第１配管Ｌ１内に注水された海水を、排水管Ｌ３の排水口Ｌ３ａから筐体１５外に排水する。なお、排水バルブＢ２０は、非通電状態で閉状態を維持できるバルブであれば、種々の構成のバルブを採用できる。

排水側逆止弁Ｂ２１は、排水管Ｌ３において排水バルブＢ２０と排水口Ｌ３ａとの間に設けられている。排水側逆止弁Ｂ２１は、排水バルブＢ２０から排水口Ｌ３ａへの水の流通を許容し、排水口Ｌ３ａから排水バルブＢ２０への水の流通を遮断する。

次に、第１タービン４Ａの発電時におけるタービン回転軸ブレーキシステムＳの状態について説明する。第１タービン４Ａの発電時には、回転軸１６を回転させる必要がある。このため、図示しない制御部等が注水バルブＢ１０及び排水バルブＢ２０に電力を供給し、注水バルブＢ１０及び排水バルブＢ２０を通電状態にする。これにより、注水バルブＢ１０が閉状態となり、排水バルブＢ２０が開状態となる。従って、海水の圧力がマスターシリンダ２０に作用せず、ブレーキ２１が解放状態となる。

次に、海流発電装置１を浮上させる場合におけるタービン回転軸ブレーキシステムＳの状態について説明する。海流発電装置１を浮上させる場合、図示しない制御部等が注水バルブＢ１０及び排水バルブＢ２０への電力の供給を遮断し、注水バルブＢ１０及び排水バルブＢ２０を非通電状態にする。これにより、注水バルブＢ１０が開状態となり、排水バルブＢ２０が閉状態となる。すなわち、海流発電装置１の浮上中において、注水バルブＢ１０の開状態を維持、及び排水バルブＢ２０の閉状態を維持するための電力は不要である。

注水バルブＢ１０が開状態となり、且つ排水バルブＢ２０が閉状態となると、注水口Ｌ１ａから第１配管Ｌ１内に注水された海水の水圧が、マスターシリンダ２０に伝達される。マスターシリンダ２０は、伝達された海水の水圧を第２配管Ｌ２内の作動油を介してブレーキ２１に伝達する。ブレーキ２１は、作動油の油圧によってピストン２１ａを作動させ、ブレーキパッド２１ｂをブレーキディスク２２に押し付ける。これにより、ブレーキ２１は、海流発電装置１の周りの海水の水圧に応じたブレーキ力を回転軸１６に付与する。回転軸１６にブレーキ力が付与されると、図４に示すように、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂの回転が停止する。海流発電装置１は、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂの回転が停止した状態で浮上を続ける。なお、海流発電装置１の浮上中において第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂの回転が停止されていれば、タービンの回転角度に関わらず、海流発電装置１を安定して浮上させることができる。

また、海流発電装置１を浮上させる際に、第１ブレード６Ａ及び第２ブレード６Ｂが潮流の影響を受けることを抑制するために、周知のように、駆動装置１９が第１ブレード６Ａ及び第２ブレード６Ｂのピッチ角度を変更してもよい。

図５に示すように、海流発電装置１が海面Ｗに浮上すると、注水口Ｌ１ａからマスターシリンダ２０に注水される海水の水圧が無くなる（低くなる）ため、ブレーキ２１が解放状態となる。ブレーキ２１によるブレーキ力の付与が解除されると、第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂは回転可能となる。これにより、２枚の第１ブレード６Ａの重力及び浮力によって第１タービン４Ａの回転軸１６が回転し、２枚の第１ブレード６Ａが海面Ｗ上に浮かんだ状態又は水中に入った状態となる。同様に、２枚の第２ブレード６Ｂの重力及び浮力によって第２タービン４Ｂの回転軸が回転し、２枚の第２ブレード６Ｂが海面Ｗ上に浮かんだ状態又は水中に入った状態となる。

具体的には、例えば、２枚の第１ブレード６Ａのうちの一方の第１ブレード６Ａが海面Ｗから突き出た状態となり、他方の第１ブレード６Ａが海水中に沈み込んだ状態とする。この場合、海面Ｗから突き出た第１ブレード６Ａには重力が作用し、水中に沈みこんだ第１ブレード６Ａには浮力が作用するため、図５に示すように２枚の第１ブレード６Ａが海面Ｗ上に浮かんだ状態となるように、回転軸１６が回転する。これにより、海流発電装置１が海面Ｗに浮上した状態で、第１ブレード６Ａ及び第２ブレード６Ｂが海面Ｗから突き出た状態とならない。

本実施形態は以上のように構成され、このタービン回転軸ブレーキシステムＳでは、海水中で受ける水圧によって作動するブレーキ２１によって、第１タービン４Ａの回転軸１６に対してブレーキ力が付与される。同様に、海水中で受ける水圧によって作動するブレーキによって、第２タービン４Ｂの回転軸に対してブレーキ力が付与される。これにより、ブレーキ２１を作動させるための駆動機構を別途用いることなく、海流発電装置１の周りの水圧を用いて簡素な構成で第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂの回転を制御できる。これにより、海流発電装置１を浮上させる際に第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂの回転を簡素な構成で制御することができる。

第１タービン４Ａの回転軸１６の回転を停止させるブレーキ２１は、海水の水圧によって作動してブレーキパッド２１ｂをブレーキディスク２２に押し付けるピストン２１ａを備えている。この場合には、海水の水圧で作動するピストン２１ａによってブレーキパッド２１ｂをブレーキディスク２２に押し付けることによって、簡素な構成で第１タービン４Ａの回転軸１６にブレーキ力を付与することができる。第２タービン４Ｂの回転軸の回転を停止させるブレーキも同様の構成を有しており、簡素な構成で第２タービン４Ｂの回転軸にブレーキ力を付与することができる。

注水口Ｌ１ａから注水された海水の水圧は、マスターシリンダ２０によって第２配管Ｌ２内の作動油に伝達される。第１タービン４Ａの回転軸１６に回転力を付与するブレーキ２１には、作動油の油圧が作用する。この場合、海流発電装置１の外部から注水された海水は、ブレーキ２１のピストン２１ａに直接作用しない。すなわち、ピストン２１ａ周りには、外部から取り込まれた海水が導入されない。このように、マスターシリンダ２０を設けることで、外部から取り込まれた海水の流通範囲を短くすることができる。外部から取り込まれた海水の流通範囲を短くすることで、第１配管Ｌ１内を流通する水が入れ替わり易くなる。これにより、第１配管Ｌ１内において不純物が堆積すること等を抑制できる。また、例えば外部から取り込まれた海水の中にゴミ等の異物が含まれていても、これらの異物がピストン２１ａ周りに導入されない。このため、ブレーキ２１の耐久性を向上させることができる。第２タービン４Ｂの回転軸に回転力を付与するブレーキには、第１タービン４Ａの場合と同様に作動油の油圧が作用する。これにより、第２タービン４Ｂの回転軸に回転力を付与するブレーキの耐久性を向上させることができる等、第１タービン４Ａの場合と同様の効果を奏する。

注水バルブＢ１０は、非通電状態において、開状態を維持する。排水バルブＢ２０は、非通電状態において、閉状態を維持する。この場合、注水バルブＢ１０及び排水バルブＢ２０が非通電の状態において、ブレーキ２１が第１タービン４Ａの回転軸１６にブレーキ力を付与した状態となる。これにより、海流発電装置１を浮上させる際に第１タービン４Ａの回転軸１６にブレーキ力を付与するために電力を用いることなく、海水の水圧によってブレーキ力を付与することができる。第２タービン４Ｂ側も同様に、海流発電装置１を浮上させる際に第２タービン４Ｂの回転軸にブレーキ力を付与するために電力を用いることなく、海水の水圧によってブレーキ力を付与することができる。

海流発電装置１が海面Ｗに浮上した状態では海水の水圧が掛からないため（ほぼ掛からないため）、第１タービン４Ａの回転軸１６に対してブレーキ力も掛からない（ほぼ掛からない）。このため、海流発電装置１が海面Ｗに浮上すると、２枚の第１ブレード６Ａの重力及び浮力によって回転軸１６が回転し、２枚の第１ブレード６Ａが海面Ｗに浮かんだ状態又は海水中に入った状態となる。すなわち、海流発電装置１が海面Ｗに浮上した状態で、２枚の第１ブレード６Ａが海面Ｗから突き出た状態とならない。第２ブレード６Ｂ側も同様に、海流発電装置１が海面Ｗに浮上した状態で、２枚の第２ブレード６Ｂが海面Ｗから突き出た状態とならない。このように、海流発電装置１が海面Ｗに浮上した状態おいて第１ブレード６Ａ及び第２ブレード６Ｂが海面Ｗから突き出た状態とならないため、波浪及び風等の影響を考慮した第１ブレード６Ａ及び第２ブレード６Ｂの設計が不要となる。また、海流発電装置１のタービン回転軸ブレーキシステムＳでは、海流発電装置１が海面Ｗに浮上した際にブレーキ２１が解放されるため、２枚の第１ブレード６Ａの重力及び浮力によって回転軸１６が回転して、２枚の第１ブレード６Ａが自然に海面Ｗに浮かんだ状態又は水中に入った状態となる。すなわち、浮上時に第１タービン４Ａの回転角度の制御が不要となる。第２タービン４Ｂ側も同様に、２枚の第２ブレード６Ｂの重力及び浮力によって回転軸が回転して、２枚の第２ブレード６Ｂが自然に海面Ｗに浮かんだ状態又は水中に入った状態となる。すなわち、浮上時に第２タービン４Ｂの回転角度の制御が不要となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ブレーキ２１は、水圧によってブレーキ力を付与するものであれば、ピストン２１ａ及びブレーキパッド２１ｂを用いた構成に限定されない。ブレーキ２１は、回転軸１６に固定されたブレーキディスク２２をブレーキパッド２１ｂで挟み込むことでブレーキ力を付与したが、回転軸１６をブレーキパッド２１ｂによって直接挟み込んでブレーキ力を付与してもよい。マスターシリンダ２０を設けることは必須では無い。この場合、海水の水圧を注水管Ｌを介してブレーキ２１に直接作用させてもよい。

第１タービン４Ａ及び第２タービン４Ｂは、それぞれ２枚のブレードを有する場合を例に説明したが、３枚以上のブレードを有していてもよい。海流発電装置１を海水中で浮遊させる場合を例に説明したが、海水に限定されず、水中であればよい。海流発電装置１を浮上させる場合に第１タービン４Ａの回転軸１６等にブレーキ力を付与する場合を例に説明したが、海流発電装置１の潜航時にブレーキ力を付与することもできる。この場合、海流発電装置１を安定して潜航させることができる。

１ 海流発電装置（水中浮遊式発電装置）
４Ａ 第１タービン（発電用タービン）
４Ｂ 第２タービン（発電用タービン）
６Ａ 第１ブレード（タービン翼）
６Ｂ 第２ブレード（タービン翼）
１５ 筐体
２０ マスターシリンダ
２１ ブレーキ
２１ａ ピストン
２１ｂ ブレーキパッド（当接部材）
Ｂ１０ 注水バルブ
Ｂ１１ 注水側逆止弁
Ｂ２０ 排水バルブ
Ｂ２１ 排水側逆止弁
Ｌ 注水管
Ｌ３ 排水管
Ｓ タービン回転軸ブレーキシステム

Claims (4)

1. タービン翼を有する発電用タービンが設けられた水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムであって、
   水中で受ける水圧によって作動し、前記発電用タービンの回転軸に対してブレーキ力を付与するブレーキと、
   前記回転軸及び前記ブレーキを収容する筐体と、
   一方の端部が前記ブレーキに接続され、他方の端部が前記筐体を貫通して前記筐体の外部に連通する注水管と、
   前記注水管における前記一方の端部と前記他方の端部との間に設けられたマスターシリンダと、を備え、
   前記ブレーキは、
   前記回転軸に当接する当接部材と、
   前記注水管から注水された水の圧力によって作動し、前記当接部材を前記回転軸に押し付けるピストンと、を備え、
   前記マスターシリンダと前記ブレーキとの間の前記注水管内には作動液が充填され、
   前記マスターシリンダは、前記注水管の前記他方の端部から注水された水の圧力を、前記作動液に伝達し、
   前記ピストンは、前記作動液の圧力によって作動する、水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステム。
2. 前記注水管に設けられ、前記注水管の他方の端部から注水された水の流通状態を切り替える注水バルブと、
   前記注水管に設けられ、前記注水管の前記他方の端部から前記注水バルブへの水の流通を許容し、前記注水バルブから前記注水管の前記他方の端部への水の流通を遮断する注水側逆止弁と、
   一方の端部が前記注水管に接続され、他方の端部が前記筐体を貫通して前記筐体の外部に連通し、前記注水管の前記他方の端部から注水された水を前記筐体外に排水する排水管と、
   前記排水管に設けられ、前記排水管内の水の流通状態を切り替える排水バルブと、
   前記排水管に設けられ、前記排水バルブから前記排水管の前記他方の端部への水の流通を許容し、前記排水管の前記他方の端部から前記排水バルブへの水の流通を遮断する排水側逆止弁と、を更に備え、
   前記注水バルブ及び前記排水バルブは、電力によって前記流通状態を切り替え、
   前記注水バルブは、非通電状態において、前記注水管の前記他方の端部から注水された水を前記注水管内で流通させ、
   前記排水バルブは、非通電状態において、前記排水管内の水の流通を遮断する、請求項１に記載の水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステム。
3. タービン翼を有する発電用タービンが設けられた水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステムであって、
   水中で受ける水圧によって作動し、前記発電用タービンの回転軸に対してブレーキ力を付与するブレーキと、
   前記回転軸及び前記ブレーキを収容する筐体と、
   一方の端部が前記ブレーキに接続され、他方の端部が前記筐体を貫通して前記筐体の外部に連通する注水管と、
   前記注水管に設けられ、前記注水管の他方の端部から注水された水の流通状態を切り替える注水バルブと、
   前記注水管に設けられ、前記注水管の前記他方の端部から前記注水バルブへの水の流通を許容し、前記注水バルブから前記注水管の前記他方の端部への水の流通を遮断する注水側逆止弁と、
   一方の端部が前記注水管に接続され、他方の端部が前記筐体を貫通して前記筐体の外部に連通し、前記注水管の前記他方の端部から注水された水を前記筐体外に排水する排水管と、
   前記排水管に設けられ、前記排水管内の水の流通状態を切り替える排水バルブと、
   前記排水管に設けられ、前記排水バルブから前記排水管の前記他方の端部への水の流通を許容し、前記排水管の前記他方の端部から前記排水バルブへの水の流通を遮断する排水側逆止弁と、を備え、
   前記ブレーキは、
   前記回転軸に当接する当接部材と、
   前記注水管から注水された水の圧力によって作動し、前記当接部材を前記回転軸に押し付けるピストンと、を備え、
   前記注水バルブ及び前記排水バルブは、電力によって前記流通状態を切り替え、
   前記注水バルブは、非通電状態において、前記注水管の前記他方の端部から注水された水を前記注水管内で流通させ、
   前記排水バルブは、非通電状態において、前記排水管内の水の流通を遮断する、水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステム。
4. 前記ブレーキは、前記水圧の減少に伴って前記ブレーキ力を減少させ、
   前記タービン翼は、一つの前記発電用タービンに対して２枚設けられ、
   前記回転軸の軸方向に沿って見たときに、２枚の前記タービン翼のうち、一方の前記タービン翼における前記回転軸からの延び方向と、他方の前記タービン翼における前記回転軸からの延び方向とは、互いに逆方向となっている、請求項１から３のいずれか一項に記載の水中浮遊式発電装置のタービン回転軸ブレーキシステム。

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