JP6109760B2 - 水流発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、水流発電装置に関する。

海又は河川の水流（海流、潮流、河川流）エネルギーを利用して発電する水流発電装置が注目されている。水流発電装置は、回転部であるブレードと固定部であるナセルとの間に軸受が設置されている（特許文献１参照）。特許文献１には、ラジアル方向とスラスト方向の両方に軸受を設けることが記載されている。また、特許文献２には、軸受として水潤滑軸受を設けることが記載されている。

特表２００９−５４３９７１号公報 特開２０１２−１１２３２０号公報

水流発電装置は、水流の影響等で生じるブレードの振動等がナセル内の各部に伝達すると、回転軸や伝達要素に係る負荷が大きくなってしまう。これに対して、特許文献１に記載の軸受は、ブレードとナセルとの間に軸受を設けることで、ブレードの振動等がナセル内の要素に伝達することを抑制することができる。しかしながら、特許文献１に記載の軸受は、使用により接触面が消耗してしまう。また、特許文献２に記載の水潤滑軸受は、コイルが設けられたステータとロータとの間に設けられた構造であり、ブレードによる影響をナセル内に伝達することを抑制することができない。

本発明は、ナセルに対してブレードを高い耐久性、かつ、高い精度で支持し、発電効率の低下を抑制できる水流発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、水流の力で発電を行う水流発電装置であって、前記水流の力で回転するブレードと、前記ブレードに連結され、前記ブレードと一体で回転する回転部と、前記回転部に連結され、前記回転部の回転力で発電する発電ユニットと、前記発電ユニットを覆い、前記発電ユニットが配置された空間と、ブレードが配置された水中との境界となり、前記発電ユニットが配置された空間を空気雰囲気とするナセルと、前記回転部の軸方向の前記ナセルとブレードとの間で、前記ナセルに対して前記回転部を支持する軸受ユニットと、を有し、前記軸受ユニットは、前記ナセルに連結され、前記回転部の軸方向に延在するラジアル固定部と、前記回転部に連結され、前記ラジアル固定部の軸方向に延在する面と対面したラジアル回転部と、前記ラジアル固定部の軸方向の一方の端部に連結され、前記軸方向に直交する径方向に延在する第１スラスト固定部と、前記ラジアル固定部の軸方向の他方の端部に連結され、前記軸方向に直交する径方向に延在する第２スラスト固定部と、前記回転部に連結され、前記第１スラスト固定部の径方向に延在する面と対面した第１スラスト回転部と、前記回転部に連結され、前記第２スラスト固定部の径方向に延在する面と対面した第２スラスト回転部と、前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に水を供給し水圧を高くし、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間に水を供給し水圧を高くし、前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に水を供給し水圧を高くする水供給装置と、を備えることを特徴とする。

前記発電ユニットは、前記回転部と連結した増速機と、前記増速機で前記回転部の回転を変速した回転を伝達する伝達軸と、前記伝達軸と連結され前記伝達軸の回転力で発電を行う発電機と、を有し、前記増速機は、前記ナセルの外部から水を取得し、各部を冷却する冷却機構を備え、前記水供給装置は、前記冷却機構が外部から取得した水の一部を、前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間及び前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に供給することが好ましい。

また、前記水供給装置は、前記発電ユニットで発電された電力で駆動されるポンプを有し、前記ポンプで、前記ナセルの外にある水を、前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間及び前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に供給することが好ましい。

また、前記水供給装置は、前記水流の力で回転する回転部と、前記回転部の回転力で水を送るポンプと、を有し、前記ポンプで、前記ナセルの外にある水を、前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間及び前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に供給することが好ましい。

また、前記水供給装置は、前記ブレードの回転方向の前側の面に形成された開口と連結された流路を有し、前記ブレードが回転することで、前記流路内に流入する水を前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間及び前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に供給することが好ましい。

また、前記回転部は、前記ブレード側の第１回転部と、前記ナセル側の第２回転部と、前記第１回転部と前記第２回転部とを連結するカップリングと、を有し、前記軸受ユニットは、前記ラジアル回転部と前記第１スラスト回転部と前記第２スラスト回転部とが、前記第１回転部に固定されていることが好ましい。

また、前記ナセルに対して前記第２回転部を支持する軸受機構をさらに有することが好ましい。

また、前記第１スラスト固定部は、前記ラジアル固定部よりも径方向の外側に突出し、前記第２スラスト固定部は、前記ラジアル固定部よりも径方向の外側に突出し、前記第１スラスト回転部は、前記ラジアル回転部よりも径方向の外側に突出し、前記第２スラスト回転部は、前記ラジアル回転部よりも径方向の外側に突出し、前記第１スラスト回転部及び前記第２スラスト回転部は、前記軸方向において、前記第１スラスト固定部と前記第２スラスト固定部とにはさまれた範囲に配置されていることが好ましい。

本発明に係る水流発電装置によれば、ナセルに対してブレードを高い耐久性、かつ、高い精度で支持し、発電効率の低下を抑制できる。

図１は、第１実施形態に係る水流発電装置の一例を示す概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。 図３は、第１実施形態に係る水流発電装置の軸受ユニット及び冷却ユニットの構造を模式的に示す概略構成図である。 図４は、軸受ユニットの第２軸受の概略構成を示す斜視図である。 図５は、軸受ユニットの第２軸受の概略構成を示す断面図である。 図６は、軸受ユニットの第２軸受の概略構成を示す正面図である。 図７は、第２実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。 図８は、第２実施形態に係る水流発電装置の軸受ユニット及び冷却ユニットの構造を模式的に示す概略構成図である。 図９は、第３実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。 図１０は、第４実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。 図１１は、第５実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。 図１２は、第５実施形態に係る水流発電装置のブレードの形状の一例を示す模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内の一方向をＸ軸方向、所定面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る水流発電装置１の一例を示す概略構成図である。図２は、本実施形態に係る水流発電装置１の一例を示す模式図である。図３は、第１実施形態に係る水流発電装置の軸受ユニット及び冷却ユニットの構造を模式的に示す概略構成図である。水流発電装置１は、水中に配置され、水流エネルギーで発電する。水流発電装置１は、例えば海中に配置され、海流エネルギー又は潮流エネルギーで発電する。なお、水流発電装置１は、河川中に配置され、河川流エネルギーで発電してもよい。

水流発電装置１は、複数のブレード２が設けられたロータヘッド３を含むロータ（回転部）１４と、ロータ１４を回転可能に支持するナセル７を含むステータ（固定部）１５と、ナセル７の内部空間に配置され、ロータヘッド３と接続されるドライブトレイン（動力伝達機構）８と、ナセル７の内部空間に配置され、ドライブトレイン８を介して伝達されるロータ１４の回転エネルギーにより発電する発電機９と、を備えている。

本実施形態において、水流発電装置１は、海中浮遊方式の水流発電装置１である。図１に示すように、水流発電装置１は、ケーブル（係留策）１０を介して海底に係留される。ナセル７の内部空間は、空気のような気体で満たされる。ロータヘッド３に複数のブレード２が取り付けられる。ブレード２に海流が当たると、そのブレード２に作用する海流エネルギーでロータヘッド３が回転する。ロータ１４の回転エネルギー（回転トルク）は、回転軸４を介して、ドライブトレイン８を介して発電機９に伝達される。発電機９は、ドライブトレイン８を介して伝達されたロータ１４の回転エネルギーにより発電する。回転軸４は、ロータヘッド３に固定され、ブレード２が転結されたロータヘッド３とともに回転する。回転軸４は、ナセル７内部に挿入されている。また、回転軸４は、ロータヘッド３側の部分（第１回転部）とナセル７内部に挿入されている部分（第２回転部）とがカップリング６で連結されている。水流発電装置１は、ロータヘッド３とナセル７との間に軸受ユニット５が配置され、ロータヘッド３は、ナセル７によって回転可能な状態で支持されている。軸受ユニット５については後述する。また、水流発電装置１は、回転軸４とナセル７との間にシール軸受１９が配置されている。シール軸受１９は、固定部がナセル７に固定され、回転部が回転軸４に固定され、回転軸４とナセル７との間を回転可能な状態で支持しつつ、回転軸４とナセル７との間をシールしている。これにより、水流発電装置１は、ナセル７の回転軸４が挿入されている部分からナセル７の内部に海水が流入することを抑制できる。

発電機９で発電された電力は、送電ケーブルを介して地上に送られる。海中浮遊方式の水流発電装置１は、ケーブル１０によって海中に浮遊するため、風及び波浪の影響を受け難い利点がある。

本実施形態において、ドライブトレイン８は、油圧ドライブトレインである。ドライブトレイン８は、回転軸４と接続されるブレーキ８０と、回転軸４と接続される油圧ポンプ８１と、油圧ポンプ８１により作動する油圧モータ８２と、配管８３、８４と、冷却ユニット８５と、を備えている。水流発電装置１は、回転軸４をドライブトレイン８に含めてもよい。ブレーキ８０は、ブレード２の回転を止めるときに駆動される。ブレーキ８０は、回転軸４を固定し、回転しない状態とすることで、ブレード２等、ロータ１４の回転を停止させる。油圧ポンプ８１は、回転軸４の回転により作動オイルを加圧して吐出する。油圧モータ８２は、供給される高圧の作動オイルによってロータを回転させる。配管８３は、油圧ポンプ８１のオイル吐出ポートと、油圧モータ８２のオイル吸込ポートとを接続する。配管８４は、油圧モータ８２のオイル吐出ポートと、油圧ポンプ８１のオイル吸込ポートとを接続する。ドライブトレイン８の作動オイルは、配管８３及び配管８４を流れることができる。冷却ユニット８５は、配管８４に設けられており、油圧モータ８２から油圧ポンプ８１に供給される作動オイルを冷却する。冷却ユニット８５については、後述する。ドライブトレイン８は、ロータヘッド３が回転すると、回転軸４も回転する。油圧ポンプ８１は、回転軸４を介して伝達されるロータヘッド３の回転エネルギーにより作動する。油圧ポンプ８１は、油圧モータ８２に作動オイルを供給して、その油圧モータ８２を駆動する。油圧モータ８２は、発電機９を作動する。

次に、冷却ユニット８５について説明する。冷却ユニット８５は、作動オイルとナセル７の外から取水した海水との間で熱交換を行い、作動オイルを冷却する機構である。また、本実施形態の冷却ユニット８５は、後述する軸受ユニット５の水供給装置５３の機能も備えている。冷却ユニット８５は、オイルクーラ１００と、給水ポンプ１０２と、フィルタ１０４、１１０と、バルブ１０６、１０８と、アキュムレータ１１２と、配管１２０、１２２、１２４、１２６と、を有する。冷却ユニット８５は、オイルクーラ１００と、給水ポンプ１０２と、フィルタ１０４、１１０と、バルブ１０６、１０８と、アキュムレータ１１２と、がナセル７の内部に配置されている。冷却ユニット８５は、給水ポンプ１０２、フィルタ１０４、バルブ１０８、フィルタ１１０、アキュムレータ１１２、配管１２０、１２６の組み合わせが軸受ユニット５の水供給装置５３となる。

また、配管１２０、１２２、１２４、１２６は、ナセル７を貫通しており、一方の端部がナセル７の外、つまり海水が充填されている空間に配置されている。冷却ユニット８５は、配管１２０が海水を内部に取水する取水管となり、配管１２２、１２４、１２６が接続されている。配管１２２、１２４、１２６は、配管１２０で取得した海水を所定の経路で流した後、配管１２０と接続していない側の端部から外部に排出する。

オイルクーラ１００は、熱交換器であり、配管８４に設置されている。オイルクーラ１００は、配管１２２にも連結されている。オイルクーラ１００は、配管８４を流れる作動オイルと、配管１２２を流れる海水とを配管等を介して接触させ、作動オイルと海水との間で熱交換を行う。

給水ポンプ１０２は、配管１２０に設置されており、配管１２０にナセル７の外の海水を吸引する流れを形成する。フィルタ１０４は、配管１２０の給水ポンプ１０２よりもナセル７外の海水にある端部側に配置されており、配管１２０に流入する海水に含まれる異物を捕集し、給水ポンプ１０２に流入することを抑制する。

バルブ１０６は、配管１２４に設置されており、開度を調整することで、配管１２４の開閉や流量を調整する。配管１２４は、配管１２０に接続されており、配管１２０から供給された海水をそのままナセル７の外に排出するリリーフ配管である。冷却ユニット８５は、配管１２４を設けることで、使用しない海水を排出することができる。これにより、給水ポンプ１０２を常時稼働させることができ、海水の供給の応答性を高くすることができる。

バルブ１０８は、配管１２６に設置されており、開度を調整することで、配管１２６の開閉や流量を調整する。配管１２６は、ロータヘッド３とナセル７との間に配置された軸受ユニット５の後述する第１軸受５１、第２軸受５２に水を供給する配管である。フィルタ１１０は、バルブ１０８よりも軸受ユニット５側、つまり、海水の流れ方向の下流側に配置されている。フィルタ１１０は、配管１２６に流入し、第１軸受５１、第２軸受５２に供給される海水に含まれる異物を捕集する。アキュムレータ１１２は、海水を所定の圧力で貯留している。アキュムレータ１１２は、給水ポンプ１０２が停止する等、配管１２６に海水が適切に供給されない場合、貯留している海水を配管１２６に供給し、第１軸受５１、第２軸受５２に海水を供給する。

冷却ユニット８５は、給水ポンプ１０２を駆動させ、配管１２０から配管１２２に海水を供給することで、オイルクーラ１００を通過する作動オイルを冷却する。また、冷却ユニット８５は、配管１２０から配管１２６に海水を供給することで、第１軸受５１、第２軸受５２に給水ポンプ１０２で加圧された海水を供給する。

次に、図２及び図３に加え、図４から図６を用いて軸受ユニット５について説明する。図４は、軸受ユニットの第２軸受の概略構成を示す斜視図である。図５は、軸受ユニットの第２軸受の概略構成を示す断面図である。図６は、軸受ユニットの第２軸受の概略構成を示す正面図である。

軸受ユニット５は、第１軸受５１と、第２軸受５２と、水供給装置５３と、を有する。第１軸受５１と、第２軸受５２とは、ナセル７のロータヘッド３と対面する面に配置されている。第２軸受５２は、第１軸受５１よりもドライブトレイン８側（ナセル７の内部空間に近い側）に配置されている。ここで、ナセル７は、内部に空間を形成している箱から、ロータヘッド３側に突出した円筒部分が設けられている。第１軸受５１と、第２軸受５２とは、ナセル７の当該円筒部分の外周面に設けられている。ナセル７の円筒部分は、内部に回転軸４が配置され、カップリング６が配置され、外周面がロータヘッド３の内周面と対面している。

第１軸受５１、第２軸受５２は、ゴム等の樹脂で形成される。第１軸受５１と第２軸受５２は、第１軸受５１と第２軸受５２との間で、かつ回転軸４に直交する面を軸として対称な形状である。以下、第２軸受５２を用いて、構造を説明する。

第２軸受５２は、図４から図６に示すように、回転軸４の径方向に伸びたリング１５０と回転軸４の軸方向に伸びた円筒１５２とが連結している。つまり、第２軸受５２は、円筒１５２の一方の端部に径方向に伸びたフランジが形成された形状である。第２軸受５２は、リング１５０の径方向内側の端部に円筒１５２が固定されており、円筒１５２の第１軸受５１から遠い側の端部にリング１５０が固定されている。

リング１５０は、第１軸受５１と対面する面が、ロータヘッド３の径方向に伸びた面１７０と対面している。リング１５０は、回転軸４の回転方向に所定間隔離間して、吐出穴１４０が形成されている。また、リング１５０は、面１７０と対面する面に他の位置より窪んだポケット１６０が形成されている。吐出穴１４０は、ポケット１６０に繋がっている。

円筒１５２は、径方向外側の面がロータヘッド３の軸方向に伸びた面１７２と対面している。円筒１５２は、回転軸４の回転方向に所定間隔離間して、吐出穴１４２が形成されている。また、円筒１５２は、面１７２と対面する面に他の位置より窪んだポケット１６２が形成されている。吐出穴１４２は、ポケット１６２に繋がっている。

次に、水供給装置５３は、上述した水供給装置５３の配管１２６に水を供給する構成と、分岐管１３０と、リング管１３２と、供給管１３４と、を有する。分岐管１３０は、一方の端部が配管１２６と接続されており、他方の端部が複数に分岐されている。分岐管１３０は、分岐された他方の端部がリング管１３２に接続されている。リング管１３２は、回転軸４を囲うように配置されている。リング管１３２は、マニホールドとなり、分岐管１３０から供給された海水を周方向に圧力分布が少ない状態で保持する。供給管１３４は、一方の端部がリング管１３２と接続され、他方の端部が吐出穴１４０、１４２のいずれかと接続されている。供給管１３４は、吐出穴１４０、１４２のポケット１６０、１６２が形成されている端部とは反対側の端部と接続されている。水供給装置５３は、吐出安１４０、１４２にポケット１６０、１６２が形成された面、つまり、面１７０、１７２と対面する面に向けて水を供給する。

このように軸受ユニット５は、第１軸受５１と第２軸受５２のリング１５０がスラスト軸受の固定部（スラスト固定部）となり、面１７０がスラスト軸受の回転部（ラジアル回転部）となる。軸受ユニット５は、第１軸受５１と第２軸受５２の円筒部１５２がラジアル軸受の固定部（ラジアル固定部）となり、面１７２がラジアル軸受の回転部（ラジアル回転部）となる。

軸受ユニット５は、水供給装置５３により、吐出穴１４０からリング１５０と面１７０との間に加圧された海水を供給する。これにより、リング１５０と面１７０との間が加圧された状態となり、リング１５０と面１７０とが接触しない方向の力が作用する。ここで、軸受ユニット５は、第１軸受５１と第２軸受５２とが対象に配置されている。これにより、軸受ユニット５は、第１軸受５１と第２軸受５２とで軸方向において、互いに逆向きの力を作用させる。これにより、ナセル７とロータヘッド３との間で作用する軸方向（スラスト力）の力を軸受ユニット５で受けることができる。また、軸受ユニット５は、リング１５０と面１７０との間に加圧された海水を供給することで、リング１５０と面１７０とが接触することを抑制できる。これにより、軸受ユニット５が消耗することを抑制できる。

軸受ユニット５は、水供給装置５３により、吐出穴１４２から円筒１５２と面１７２との間に加圧された海水を供給する。これにより、円筒１５２と面１７２との間が加圧された状態となり、円筒１５２と面１７２とが接触しない方向の力が作用する。これにより、ナセル７とロータヘッド３との間で作用する径方向の力（回転軸に直交する方向の力、ラジアル力）を軸受ユニット５で受けることができる。また、軸受ユニット５は、円筒１５２と面１７２との間に加圧された海水を供給することで、円筒１５２と面１７２とが接触することを抑制できる。これにより、軸受ユニット５が消耗することを抑制できる。

このように、軸受ユニット５は、第１軸受５１と第２軸受５２を、リング１５０と円筒１５２とを繋げた形状とし、スラスト方向と、ラジアル方向の両方の力を受ける構造とすることで、ロータヘッド３をナセル７に対して保持することができ、回転軸４に係る力を小さくすることができる。また、軸受ユニット５を、ナセル７の外側、つまり回転軸のナセル７の内部より外側の部分に設けることで、ドライブトレイン８の各要素に、ブレード２の振動が伝達することを抑制できる。

また水流発電装置１は、軸受ユニットの消耗を抑制できるため、水流発電装置１の不具合（故障など）の発生が抑制される。また、構造がシンプルであるため、メンテナンスが容易であり、メンテナンスの頻度及びメンテナンスのコストを抑制することができる。水流発電装置１が、例えば沖合の海域の海中に設置される場合、頻繁にメンテナンスすることが困難となる可能性がある。本実施形態によれば、メンテナンスの頻度が抑制される。

また、水流発電装置１は、ドライブトレイン８の作動オイルを冷却する冷却ユニット８５で循環される海水を軸受ユニット５に供給する水供給装置５３として用いることで、水流発電装置１の機構を有効に活用することができる。

また、水流発電装置１は、リング１５０の面１７０と対面する面にポケット１６０を設け、円筒１５２の面１７２と対面する面にポケット１６２を設けることで、水供給装置５３で供給した水を好適にリング１５０と面１７０との間、円筒１５２と面１７２との間に保持することができる。これにより、リング１５０と面１７０との間、円筒１５２と面１７２との間を加圧された状態に維持しやすくできる。

また、第１軸受５１、第２軸受５２は、リング１５０、円筒１５２に設ける吐出穴をそれぞれ４個以上８個以下とすることが好ましい。これにより、リング１５０、円筒１５２の強度を維持しつつ、好適に海水を供給することができる。

ここで、給水ポンプ１０２の動力としては、発電機９で発電した電力、外部電力、ドライブトレイン８の一部と繋がり、ドライブトレイン８で伝達される力等を用いることができる。

＜第２実施形態＞
図７及び図８を用いて、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。図７は、第２実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。図８は、第２実施形態に係る水流発電装置の軸受ユニット及び冷却ユニットの構造を模式的に示す概略構成図である。水流発電装置１では、ドライブトレイン８に油圧回路を用い、油圧で動力を伝達したが、機械式で動力を伝達してもよい。

図７及び図８に示す水流発電装置１ａは、ドライブトレイン８ａを有する。ドライブトレイン８ａは、歯車式ドライブトレインである。ドライブトレイン８ａは、回転軸４と接続されるブレーキ８０と、回転軸４と接続される歯車式増速機１９０と、を有する。歯車式増速機１９０は、回転軸４から伝達された回転を増速して発電機９に伝達する。また、ドライブトレイン８ａは、歯車式増速機１９０に潤滑油を供給する潤滑油ポンプ１９４と潤滑油ライン１９６とを有する。また、潤滑油ライン１９６には、潤滑油を冷却する冷却ユニット８５ａが接続されている。冷却ユニット８５ａは、冷却する対象が作動オイルから潤滑油になること以外は、冷却ユニット８５と同様の構造である。軸受ユニット５ａは、第１軸受５１と、第２軸受５２と、水供給装置５３ａとを有する。水供給装置５３ａは、冷却ユニット８５ａの一部の構成を有し、冷却ユニット８５ａでナセル７内に流入させた海水の一部を第１軸受５１、５２に供給する。

このように、水流発電装置１ａは、ドライブトレイン８ａに歯車式の増速機を用いた場合も、潤滑油を冷却するために循環させる海水の一部を第１軸受５１、第２軸受５２に供給することで、既存の駆動源を用いて、軸受ユニット５ａに加圧された水を供給することができる。

＜第３実施形態＞
図９を用いて、第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。図９は、第３実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。図９に示す水流発電装置１ｂは、冷却ユニット８５ｂの海水を循環させる給水ポンプの駆動源が異なるのみで他の構成は、水流発電装置１ａと同様である。

図９に示す水流発電装置１ｂは、冷却ユニット８５ａの給水ポンプが発電機９から供給される電力で駆動されるモータ２０２で駆動される。軸受ユニット５ｂの水供給装置５３ｂは、モータ２０２で駆動された給水ポンプで送られる海水を第１軸受５１、第２軸受５２に供給する。

このように、第１軸受５１、第２軸受５２に海水を供給するポンプの駆動源としては、発電機９で発電した電力を用いてもよい。これにより、外部から電力を得なくても駆動することができる。また、電力で給水ポンプを駆動させることで、ナセル７内での配置の自由度を高くすることができる。

＜第４実施形態＞
図１０を用いて、第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。図１０は、第４実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。軸受ユニットが水を供給する駆動源としては、別途ポンプを設けてもよい。

図１０に示す水流発電装置１ｃは、水供給装置５３ｃはポンプ２２０と、ポンプ２２０に接続され、ナセル７を貫通した回転軸２２２と、回転軸２２２のナセル７の外に接続されたプロペラ２２４と、ポンプ２２０に接続され、端部がナセル７の外に配置された配管２２５と、ポンプ２２０と第１軸受５１及び第２軸受５２とを接続する配管２２６と、を有する。プロペラ２２４は、ブレード２と同様に、海流を受けて回転する。ポンプ２２０は、回転軸２２２を介して伝達されるプロペラ２２４の回転力で駆動され、配管２２５から海水を吸引し、配管２２６に供給する。またドライブトレインの歯車式増速機１９０の潤滑油を冷却する冷却ユニット８５ｃは、潤滑油の冷却のみに海水を利用する。

水流発電装置１ｃのように、軸受ユニット５ｃの第１軸受５１及び第２軸受５２に加圧された海水を供給するポンプを別途設けることでも軸受に加圧された海水を供給することができる。また、第４実施形態の水流発電装置１ｃは、ポンプ２２０を海流の力で駆動することで、電力や、ブレードで発生した力を使用せずに、ポンプ２２０を駆動することができる。これにより、発電量をより多くすることができる。

＜第５実施形態＞
図１１及び図１２を用いて、第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。図１１は、第５実施形態に係る水流発電装置の一例を示す模式図である。図１２は、第５実施形態に係る水流発電装置のブレードの形状の一例を示す模式図である。

水流発電装置１ｄは、軸受ユニット５ｄは、第１軸受５１と、第２軸受５２と、水供給装置５３ｄと、を有する。水供給装置５３ｄは、ブレード２ａの内部に形成された配管３００と、ブレード２ａの径方向外側の端部近傍に配置された給水穴３０２とを有する。配管３００は、第１軸受５１と、第２軸受５２とに海水を供給する配管に連結されている。給水穴３０２は、配管３００と接続されている。給水穴３０２は、ブレード２ａの回転方向の前側（上流側）の面に形成されている。給水穴３０２の周囲には、溝３０４が形成されている。溝３０４は、珠方形状であり、海水を給水穴３０２に案内する。

水供給装置５３ｄは、ブレード２ａの先端近傍に形成される旋回流の力を利用して、給水穴３０２に海水を流入させる。流入した海水は配管３００を通って径方向内側に移動し、第１軸受５１と、第２軸受５２とに供給される。

水流発電装置１ｄは、ブレード２ａの回転を利用して、加圧された海水を第１軸受５１と、第２軸受５２とに供給することで、ポンプ等の駆動源を設ける必要が無くなる。これにより、装置構成を簡単にすることができる。

なお、本実施形態では、第１軸受５１と第２軸受５２とを設けたが第１軸受５１と第２軸受５２とを一体化した１つの軸受としてもよい。

１ 水流発電装置
２ ブレード
３ ロータヘッド
４ 回転軸
５ 軸受ユニット
７ ナセル
８ ドライブトレイン
９ 発電機
１０ ケーブル（係留策）
１４ ロータ
１５ ステータ
１９ シール軸受
５１ 第１軸受
５２ 第２軸受
５３ 水供給装置
８１ 油圧ポンプ
８２ 油圧モータ
８３、８４ 配管
８５ 冷却ユニット
１００ オイルクーラ
１０２ 給水ポンプ
１０４、１１０ フィルタ
１０６、１０８ バルブ
１１２ アキュムレータ
１２０、１２２、１２４、１２６ 配管
１３０ 分岐管
１３２ リング管
１３４ 供給管
１４０、１４２ 吐出穴
１５０ リング
１５２ 円筒
１６０、１６２ ポケット
１７０、１７２ 面

Claims (5)

1. 水流の力で発電を行う水流発電装置であって、
   前記水流の力で回転するブレードと、
   前記ブレードに連結され、前記ブレードと一体で回転する回転部と、
   前記回転部に連結され、前記回転部の回転力で発電する発電ユニットと、
   前記発電ユニットを覆い、前記発電ユニットが配置された空間と、ブレードが配置された水中との境界となり、前記発電ユニットが配置された空間を空気雰囲気とするナセルと、
   前記回転部の軸方向の前記ナセルとブレードとの間で、前記ナセルに対して前記回転部を支持する軸受ユニットと、を有し、
   前記軸受ユニットは、前記ナセルに連結され、前記回転部の軸方向に延在するラジアル固定部と、
   前記回転部に連結され、前記ラジアル固定部の軸方向に延在する面と対面したラジアル回転部と、
   前記ラジアル固定部の軸方向の一方の端部に連結され、前記軸方向に直交する径方向に延在する第１スラスト固定部と、
   前記ラジアル固定部の軸方向の他方の端部に連結され、前記軸方向に直交する径方向に延在する第２スラスト固定部と、
   前記回転部に連結され、前記第１スラスト固定部の径方向に延在する面と対面した第１スラスト回転部と、
   前記回転部に連結され、前記第２スラスト固定部の径方向に延在する面と対面した第２スラスト回転部と、
   前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に水を供給し水圧を高くし、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間に水を供給し水圧を高くし、前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に水を供給し水圧を高くする水供給装置と、を備え、
   前記発電ユニットは、前記回転部と連結した増速機と、前記増速機で前記回転部の回転を変速した回転を伝達する伝達軸と、前記伝達軸と連結され前記伝達軸の回転力で発電を行う発電機と、を有し、
   前記増速機は、前記ナセルの外部から水を取得し、各部を冷却する冷却機構を備え、
   前記水供給装置は、前記冷却機構が外部から取得した水の一部を、前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間及び前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に供給することを特徴とする水流発電装置。
2. 水流の力で発電を行う水流発電装置であって、
   前記水流の力で回転するブレードと、
   前記ブレードに連結され、前記ブレードと一体で回転する回転部と、
   前記回転部に連結され、前記回転部の回転力で発電する発電ユニットと、
   前記発電ユニットを覆い、前記発電ユニットが配置された空間と、ブレードが配置された水中との境界となり、前記発電ユニットが配置された空間を空気雰囲気とするナセルと、
   前記回転部の軸方向の前記ナセルとブレードとの間で、前記ナセルに対して前記回転部を支持する軸受ユニットと、を有し、
   前記軸受ユニットは、前記ナセルに連結され、前記回転部の軸方向に延在するラジアル固定部と、
   前記回転部に連結され、前記ラジアル固定部の軸方向に延在する面と対面したラジアル回転部と、
   前記ラジアル固定部の軸方向の一方の端部に連結され、前記軸方向に直交する径方向に延在する第１スラスト固定部と、
   前記ラジアル固定部の軸方向の他方の端部に連結され、前記軸方向に直交する径方向に延在する第２スラスト固定部と、
   前記回転部に連結され、前記第１スラスト固定部の径方向に延在する面と対面した第１スラスト回転部と、
   前記回転部に連結され、前記第２スラスト固定部の径方向に延在する面と対面した第２スラスト回転部と、
   前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に水を供給し水圧を高くし、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間に水を供給し水圧を高くし、前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に水を供給し水圧を高くする水供給装置と、を備え、
   前記水供給装置は、前記ブレードの回転方向の前側の面に形成された開口と連結された流路を有し、
   前記ブレードが回転することで、前記流路内に流入する水を前記ラジアル固定部と前記ラジアル回転部との間に、前記第１スラスト固定部と前記第１スラスト回転部との間及び前記第２スラスト固定部と前記第２スラスト回転部との間に供給することを特徴とする水流発電装置。
3. 前記回転部は、前記ブレード側の第１回転部と、前記ナセル側の第２回転部と、前記第１回転部と前記第２回転部とを連結するカップリングと、を有し、
   前記軸受ユニットは、前記ラジアル回転部と前記第１スラスト回転部と前記第２スラスト回転部とが、前記第１回転部に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水流発電装置。
4. 前記ナセルに対して前記第２回転部を支持する軸受機構をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の水流発電装置。
5. 前記第１スラスト固定部は、前記ラジアル固定部よりも径方向の外側に突出し、
   前記第２スラスト固定部は、前記ラジアル固定部よりも径方向の外側に突出し、
   前記第１スラスト回転部は、前記ラジアル回転部よりも径方向の外側に突出し、
   前記第２スラスト回転部は、前記ラジアル回転部よりも径方向の外側に突出し、
   前記第１スラスト回転部及び前記第２スラスト回転部は、前記軸方向において、前記第１スラスト固定部と前記第２スラスト固定部とにはさまれた範囲に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の水流発電装置。

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