(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海中又は水中で固定される設置台を設け、同設置台の外側に回転体を回転自在に取付けるとともに、同回転体の回転軸線を設置される海中又は水中の水流の流れと略直角となる縦方向に設定し、同回転体から円周に沿って複数の取付枠を放射状に取付け、その各取付枠の回転中心から半径方向に延びた上辺部材に平板状受圧板を複数個所定間隔離して配置するとともに各受圧板の一端を前記上辺部材に揺動自在に取付け、又同受圧板の質量をその容積の４℃の真水の質量で割った受圧板の比重を設置される海水又は水の比重より僅か小さくして海・水中で受圧板に浮力を発生しえるようにし、更に回転軸線まわりに回転する間に各受圧板の揺動の角度範囲が受圧板の自由端側が受圧板の取付け側の一端の回転軸線まわりの回転軌跡の面より少し下方となるように受圧板が下方に傾く所定の下げ角度θから、受圧板が回転体の略回転軸線方向となる自由端の最下位置までの角度範囲で受圧板が揺動できる揺動可能状態と、受圧板の姿勢を回転軸線まわりに回転する間に前記回転軌跡の面に対して０°か又は０°に近い小さな角度δで略水平となるように受圧板を常に固定する固定状態とのいずれかの状態にも切替できる受圧板制動手段を設け、同受圧板制動手段による受圧板の状態を他の状態に切替える操作を設置台側の機器でもって行うことができる状態操作手段を備え、前記回転体の設置台に対する回転を設置台内の回転軸に伝達する回転伝達手段を設け、設置台内に前記回転軸の回転で発電する発電機を設け、同発電機の出力電力を有線で設置台近くの陸上又は海上あるいは水上船体に送電するようにし、受圧板を揺動可能状態とすると、海中又は水中にある潮流又は水流によって受圧板に発生する力と受圧板の浮力とによって確実に回転体を回動させて発電でき、受圧板を固定状態とすることで回転体の回転を低速又は停止し易くした、水流エネルギーを利用した発電装置。
【請求項２】
請求項１記載において取付枠が回転体の回転中心から半径方向に延びた上下複数本の横フレームと、上下の横フレームを連結する複数本の縦フレームとからなり、受圧板は横フレームの上端に回動自在に取付けられ、
受圧板制動手段は受圧板の自由端が最下位置となる角度以上に受圧板が回転するのを防ぐ下ストッパを受圧板を取付けた横フレーム下方に設け、受圧板を取付けた横フレームの各受圧板の左右側辺近くの位置でしかも同横フレームから直角に且つ前記回転軌跡面に沿って略平行に延びたストッパ取付部材を複数設け、同ストッパ取付部材に回転軌跡の面に対して０°又は０°に近い小さな角δで受圧板の上面と当接して上方への回転を抑止する上固定ストッパを前記ストッパ取付部材から隣接する各受圧板に向けて略直角に取付け、又ストッパ取付部材の途中にストッパ取付部材の長手方向からストッパ取付部材の長手方向に対し略直角になる直角方向まで回転できる回転ストッパを枢支し、しかも同回転ストッパの回転する下板は上下方向に離れた上面と下面を有し、回転ストッパの下板の下面はこれと受圧板の上面が当接すると受圧板が前記の下げ角度θ以上に浮き上らないように規制し、且つ回転ストッパの下板の上面は受圧板の下面と当接すると受圧板を前記上固定ストッパと協同して受圧板を略水平に固定するように規制する形状寸法とし、同回転ストッパを長手方向と直角方向に回動させる回動手段を取付枠側に設け、同回動手段による回転ストッパの下板を長手方向又は直角方向に切替える切替操作部を取付枠の上部に設けた構造とし、
受圧板制動手段の状態操作手段は、設置台の海又は水の主たる水流が流れてくる上流を位相０°とすると受圧板を取付けた横フレームが水流に対し略直角となる回転体の回転位相の９０°及び２７０°付近となる設置台上部位置それぞれに、回転する前記取付枠側の切替操作部を設置台から操作して固定状態か又は発電できる揺動可能状態に切替えるアクチュエータを設けた構造である、請求項１記載の水流エネルギー利用した発電装置。
【請求項３】
請求項１記載において取付枠が回転体の回転中心から半径方向に延びた上下複数本の横フレームと、上下の横フレームを連結する複数本の縦フレームとからなり、受圧板は横フレームの上端に回動自在に取付けられ、
受圧板制動手段は受圧板の自由端が最下位置となる角度以上に受圧板が回転するのを防ぐ下ストッパを受圧板を取付けた横フレーム下方に設け、受圧板を取付けた横フレームの各受圧板の左右側辺近くの位置でしかも同横フレームから直角に且つ前記回転軌跡面に沿って略平行に延びたストッパ取付部材を複数設け、同ストッパ取付部材に回転軌跡の面に対して０°又は０°に近い小さな角δで受圧板の上面と当接して上方への回転を抑止する上固定ストッパを前記ストッパ取付部材から隣接する各受圧板に向けて略直角に取付け、又ストッパ取付部材の途中にストッパ取付部材の長手方向からストッパ取付部材の長手方向に対し略直角になる直角方向まで回転できる回転ストッパを枢支し、しかも同回転ストッパは受圧板の厚みより長く上下方向に離れた上板と下板を有し、回転ストッパの下板はこれと受圧板の上面が当接すると受圧板が前記の下げ角度θ以上に浮き上らないように規制し、且つ回転ストッパの上板と下板との間に受圧板を挟んで受圧板を略水平に固定できる形状寸法とし、同回転ストッパを長手方向と直角方向に回動させる回動手段を取付枠側に設け、同回動手段による回転ストッパを長手方向又は直角方向に切替える切替操作部を取付枠の上部に設けた構造とし、
受圧板制動手段の状態操作手段は設置台の海又は水の主たる水流が流れてくる上流を位相０°とすると受圧板を取付けた横フレームが水流に対し略直角となる回転体の回転位相の９０°及び２７０°付近となる設置台上部位置それぞれに、回転する前記取付枠側の切替操作部を設置台から操作して固定状態か又は発電できる揺動可能状態に切替えるアクチュエータを設けた構造である、請求項１記載の水流エネルギー利用した発電装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の回転ストッパの回動手段が、ストッパ取付部材に設けた両引きのエアシリンダーのシリンダーロッドの進退をリンクを介して回転ストッパの回転に変換する機構であり、しかも１つの取付枠に対して複数ある回転ストッパの各エアシリンダーの高圧エアを各取付枠に設けた高圧エアボンベから共通の切替弁を介してそれぞれ供給させるものであり、この切替弁は取付枠の上部に設けられ、その弁軸が設置台に臨んで回転体の回転中心に向けて延びるように設けられ、前記弁軸はスプリングによって常時回転中心方向に突出するように付勢されて切替操作部を形成し、この突出位置の切替弁は高圧エアボンベの高圧空気を両引きのエアシリンダーの一方のポートに供給して回転ストッパを直角方向に作動して受圧板を揺動可能状態又は固定状態に保持し、この弁軸が外方向に押し込まれると高圧エアが両引きの上記エアシリンダーの反対側のポートに高圧エアが供給されるようになって回転ストッパは回転してストッパ取付部材の長手方向になって受圧板の拘束を解除するフリー状態とする弁のポート構造であり、
更に、設置台側に設ける状態操作手段のアクチュエータは回転体の回転中心方向に進退するロッドを有し、同ロッドの先端に前記切替弁の弁軸の先端部を摺動させる所定長さの円弧状ガイド板を固着し、しかもガイド板の両端部分は内側に折り入れた誘導面を有する構造であり、アクチュエータのロッドを外方向に延長して前記切替弁の前記弁軸を円弧状ガイド板で外方向に押し込む位置にした後切替弁の回転でガイド板の拘束がなくなって弁軸は突出状態となるもので、回転位相９０°のアクチュエータの作動によって受圧板を固定状態からフリー状態を経て揺動可能状態とし、受圧板は水流を受けて連続回転して発電でき、又回転位相２７０°でのアクチュエータの作動によって揺動可能状態からフリー状態を経て固定状態へとすることで回転体の回転が低速又は静止できるようにする、請求項２又は３記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【請求項５】
請求項２又は３において受圧板制動手段が各回転ストッパの枢支軸に反対方向に延びた二本の回動アームを設け、又取付枠の設置台に近接した位置に中間で枢支された加圧操作レバーを設け、前記回動アームの先端部と前記加圧操作レバーの反対に突出したレバー片の先端部とを平行に張られたワイヤで連結して加圧操作レバーの回転と回動アームの回転がワイヤで連動させ、しかも回動アーム又は加圧操作レバーに回転ストッパが直角方向になるように常時付勢するスプリングを設け、更に加圧操作レバーの枢支軸を取付枠の上部に延ばし、この枢支軸に加圧アームを軸着し、同加圧アームの回転をリンクを介して進退杆の進退運動にし、同進退杆の先端部を設置台側の回転体の回転中心に向けて配置して切替操作部とし、更に同切替操作部の進退杆を進退操作する状態操作手段として設置台側に設けたアクチュエータは回転体の回転中心方向に進退するロッドを有し、同ロッドの先端に前記進退杆の先端部を摺動させる円弧状ガイド板を固着し、しかもガイド板の両端部分は内側に折り入れた誘導面を有する構造であり、回転位相９０°付近にあるアクチュエータを作動させるとその先端のガイド板で取付枠側の前記進退杆を押し込む位置にした後回転体の回転でガイド板から離れて進退杆がスプリングで突出状態になってこれが保持され、回転体の回転とともに全取付枠の受圧板を固定状態からフリー状態を経て揺動可能状態とし、受圧板は水流から力を受けて連続回転して発電でき、又回転位相２７０°付近のアクチュエータを作動させるとガイド板の働きで揺動可能状態からフリー状態を経て固定状態とすることで回転体の回転が低速又は静止できるようにした、請求項２又は３記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【請求項６】
設置台内の回転体の回転が伝達された回転軸の途中にその回転を減速させる外部から入切制御できる常時切のブレーキ装置を設けて入制御で回転体を減速又は静止させるようにし、更に同回転軸に常時伝動のクラッチを介して回転軸の回転を発電機の入力軸に回転を伝達し、更に強制回転用モータの出力軸の動力をクラッチを介して前記回転軸の上方に回転を伝達できるようにして回転体を強制回転可能にした、請求項１〜５いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【請求項７】
各受圧板の自由端にヘ字状に折曲したフラップを取付け、同フラップに作用する水流からの力によって回転位相９０°に近づく位相では自由端が最下位置方向に早期に向かうようにし、回転位相２７０°に近づく位相で受圧板を早期に水平状態に近づけるようにした、請求項１〜６いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【請求項８】
受圧板の比重を設置される海水又は河川の水の比重の０．９５〜０．９９倍とし、しかも受圧板の取付け側の一端の回転軌跡面からの下げ角度θが３°〜６°の範囲であり、又受圧板の固定の角度δが前記回転軌跡面を０°とした−３°〜＋３°の範囲である、請求項１〜７いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【請求項９】
設置台の甲板部に、設置される海又は川の最高水位でも筒上端が水沈しない設置台内へ人が出入できる開閉蓋付の通行筒を設けた、請求項１〜８いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【請求項１０】
設置台の内部の一部を中空として、水中で大きな浮力を発生させ、しかも設置台から海底面又は水底面に投下したアンカーウェイトをくさりで係留して、設置台に取付けられた固定ガイドフレームと回転体と取付枠と受圧板と設置台内に配置した発電機等の機器の重さによる下方力とくさりの引張力と設置台の浮力とを平衝させて、発電装置を海中・水中で固定させた、請求項１〜９いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海中又は水中に設置され、海中又は水中にある水流によって、特に海中の潮汐流の流れによって電力を発生させることに有効な、発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
再生可能自然エネルギーの活用は地球的課題であるとしても過言ではない。
水力、風力、太陽光、地熱、バイオ等は、技術的課題は解決されて、世界中で活用されている。しかし、最も期待の大きい海の自然エネルギーの活用は、技術的課題も大きく、いまだ実現の例も少ない。
その中で、潮流発電に関しても多数の試みが世界的にもなされてきたが、いまだ普遍性を持った技術が報告されていない。日本の潮流と水深の分布から、潮流発電を設置する海域を限定して、駆動構造の方式を考えた。潮流は速いほど良いが、３ノット以上が期待される海域は少ない。２ノットから１ノットの範囲の海域は、瀬戸内海から九州にかけて、広く分布している。水深も浅く４０ｍ程度以下であり、陸地も近く、この海域を対象に適応する潮流発電の駆動構造を考えれば、製作コスト、運転コストも有利で、採用、活用も広範囲に期待される。
【０００３】
潮流発電装置の駆動構造に関しても、風車のプロペラ式、船のプロペラ式、ダリウス翼車式、サボニウス翼車式など、さらに固定翼、クロスフロー、捩れ翼、バケットコンベアー式、等多数のものが提案されている。いずれも、海の過酷な条件に対して、一長一短の理由があるためか、試行の段階であり、活用の域に無い。
【０００４】
製造コスト最小な単純構造として、まず古来から現在まで活用されてきた地上の水車のモデルがある。しかし、開放型横軸片掛け水車を横に倒して流水中に沈めるとそのままでは回らない。そこで、ここで導水板を使って水流を片側だけにかかる様にすれば回転する。これがクロスフロー式であるが、実海面での導水板の設置は、固定式でも、可動式でも、コストも過大で、実現していない。
【０００５】
改良された水車羽根型の発電装置として、特許文献１に記載の発明があるが、これは回転体の全周に均等に羽根を複数枚を設け、同羽根をストッパ部によって所定範囲では立上げて流体受け部を形成し、その反対側の角度範囲では羽根を倒れるようにして、羽根の流体受け部に流体を送るために流体を誘導する流体ガイド板を設ける構造である。
しかしながら、この水車羽根型の発電装置では、流体の流れ方向が逆になったり、方向が変る海中では流体を常時流体受部へ誘導できず、発電が不安定となると判断される。
【０００６】
又、これとは別に回転体に放射状の羽根を複数板取り付け、その羽根の取付角度の一部が流れに対して直角にし、その反対側の羽根を流れに対して平行にするようにギヤ機構で行えるようにする風車が特許文献２に開示されているが、その羽根取付角度調整機構は複雑であり、長年使用すると羽根に作用する力で故障し、長期安定作動が難しいと判断される。又、この羽根取付角度調整機構によってエネルギー損失が大きく、効率的な発電は難しいと判断される。
【０００７】
現在、対象とする海域の条件に適応する、潮流発電装置の駆動構造の開発が必要とされている。海域の条件は潮流速度が２ノットから１ノット、水深が−４０ｍから−１０ｍ程度の海域とする。さらに、潮流方向の変化にたいしてはクロスフローの導水板や、プロペラ方式の旋回機構、など特段の機構を必要としないシンプルな構造であること。また、広範囲の採用・活用を図るため、発電容量は１００ｋＷ，５００ｋＷ、さらには１０００ｋＷ，２０００ｋＷ等に対応できること、最終的には発電コストを最小にすること、製造コスト最小の単純な構造とし、高度な技術・精度を要しないで、潮流の方向の変化に対応できて確実に発電出来るようにすることが期待されるものである。
【０００８】
又、特許文献３に記載の発明は、水中に沈むように設けられたタテ軸に水平なヨコ軸を放射状に複数取付け、このヨコ軸に回転羽根を揺動自在に吊り下げ、同回転羽根を二つのストッパで略水平から垂直の角度範囲に制動し、しかもこの回転羽根を板状又は翼状にすることで、水上流に向って右まわりの２７０°位相では水流からの揚力によって略水平にして水からの抗力を小さくし、回転羽根に働く反対の９０°の位相での水抗力の差を大きくして右方向の回転トルクを強く発生させて、その回転力で発電機を回動させて発電させるものである。
【０００９】
しかしながら、この特許文献３の発明で、回転羽根を略水平に保持することの確実性が低いものである。２７０°の位相で回転羽根を略水平に保持するには所定の速度以上の水流が必要であり、低い流速の水流のときは又は回転の動き始めにおいては、その水からの揚力が弱く、水平方向に回転羽根が揺動しにくい。又、１８０°の位相では水からの揚力が弱く回転羽根が水平方向に揺動する力が弱く、２７０°の位相で水平になりにくい。又、水流の流速方向が変化すると回転羽根が上下に揺れがちとなる。
このように、水平になることの確実性が低く、強い回転トルクの発生が期待できにくい。
更に、特許文献３の発明では、小径の垂直なタテ軸に直接ヨコ軸を放射状に取付けるものであり、回転羽根に働く回転トルクはヨコ軸とタテ軸との挟・接合部に集中的に働いて、ヨコ軸がその取付位置で破損し易く、大きな回転トルク（発電量）に耐えられない。又、回転羽根の水力作用中心位置とタテ軸との距離は長くとれず、大きな回転トルク（発電量）を発生させることは難しいと判断される。
【００１０】
更に、特許文献４の発明は、本出願人が先に出願した特許発明であり、潮流の方向にかかわらず効率よく発電でき、又その潮流速も１〜３ノットでも作動できるようにした実用的な潮流発電装置である。その構造は水中の設置台のまわりに回転体を設け、同回転体の円周に沿って複数の取付枠を放射状に取付け、取付枠の半径方向に延びた横フレームに複数の受圧板を水平から−４°から−９０°の間で揺動できるように枢着し、受圧板に働く水流からの回転トルクで回転体を回転させ、その回転体の回転を設置台に伝達して、その回転力でもって発電機を作動させるものである。これであれば、潮流・水の流れの方向にかかわらず回転体を回転でき、安定した発電を簡単な水中構造物で可能とした。
しかしながら、発電装置が事故・故障してその補修・検査の為に回転体を強制停止させることについては何ら開示がなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−２２２０号公報
【特許文献２】特許第４７１７９６６号公報
【特許文献３】実願平３−７６４４８号マイクロフィルム
【特許文献４】特許第５３４７０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、従来の海流、水流を使った発電装置の構造上の問題点・欠点を解消し、簡単な構造でもって長期間耐久性をもって確実に作動でき、しかも潮汐流・水流の流れの方向のが正逆反対になっても、及び流水が主たる水流方向から変化しても、自動的に対応して発電力の低下がないようにでき、効率的に水流のエネルギーを回転エネルギー、発電エネルギーに変換できる、水流エネルギーを利用した発電装置を提供することにある。及び、発電装置の故障・点検・補修作業も回転部分を容易に静止・固定でき、又発電再開の起動も容易に行えるという発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）  海中又は水中で固定される設置台を設け、同設置台の外側に回転体を回転自在に取付けるとともに、同回転体の回転軸線を設置される海中又は水中の水流の流れと略直角となる縦方向に設定し、同回転体から円周に沿って複数の取付枠を放射状に取付け、その各取付枠の回転中心から半径方向に延びた上辺部材に平板状受圧板を複数個所定間隔離して配置するとともに各受圧板の一端を前記上辺部材に揺動自在に取付け、又同受圧板の質量をその容積の４℃の真水の質量で割った受圧板の比重を設置される海水又は水の比重より僅か小さくして海・水中で受圧板に浮力を発生しえるようにし、更に回転軸線まわりに回転する間に各受圧板の揺動の角度範囲が受圧板の自由端側が受圧板の取付け側の一端の回転軸線まわりの回転軌跡の面より少し下方となるように受圧板が下方に傾く所定の下げ角度θから、受圧板が回転体の略回転軸線方向となる自由端の最下位置までの角度範囲で受圧板が揺動できる揺動可能状態と、受圧板の姿勢を回転軸線まわりに回転する間に前記回転軌跡の面に対して０°か又は０°に近い小さな角度δで略水平となるように受圧板を常に固定する固定状態とのいずれかの状態にも切替できる受圧板制動手段を設け、同受圧板制動手段による受圧板の状態を他の状態に切替える操作を設置台側の機器でもって行うことができる状態操作手段を備え、前記回転体の設置台に対する回転を設置台内の回転軸に伝達する回転伝達手段を設け、設置台内に前記回転軸の回転で発電する発電機を設け、同発電機の出力電力を有線で設置台近くの陸上又は海上あるいは水上船体に送電するようにし、受圧板を揺動可能状態とすると、海中又は水中にある潮流又は水流によって受圧板に発生する力と受圧板の浮力とによって確実に回転体を回動させて発電でき、受圧板を固定状態とすることで回転体の回転を低速又は停止し易くした、水流エネルギーを利用した発電装置
２）  前記１）記載において取付枠が回転体の回転中心から半径方向に延びた上下複数本の横フレームと、上下の横フレームを連結する複数本の縦フレームとからなり、受圧板は横フレームの上端に回動自在に取付けられ、
受圧板制動手段は受圧板の自由端が最下位置となる角度以上に受圧板が回転するのを防ぐ下ストッパを受圧板を取付けた横フレーム下方に設け、受圧板を取付けた横フレームの各受圧板の左右側辺近くの位置でしかも同横フレームから直角に且つ前記回転軌跡面に沿って略平行に延びたストッパ取付部材を複数設け、同ストッパ取付部材に回転軌跡の面に対して０°又は０°に近い小さな角δで受圧板の上面と当接して上方への回転を抑止する上固定ストッパを前記ストッパ取付部材から隣接する各受圧板に向けて略直角に取付け、又ストッパ取付部材の途中にストッパ取付部材の長手方向からストッパ取付部材の長手方向に対し略直角になる直角方向まで回転できる回転ストッパを枢支し、しかも同回転ストッパの回転する下板は上下方向に離れた上面と下面を有し、回転ストッパの下板の下面はこれと受圧板の上面が当接すると受圧板が前記の下げ角度θ以上に浮き上らないように規制し、且つ回転ストッパの下板の上面は受圧板の下面と当接すると受圧板を前記上固定ストッパと協同して受圧板を略水平に固定するように規制する形状寸法とし、同回転ストッパを長手方向と直角方向に回動させる回動手段を取付枠側に設け、同回動手段による回転ストッパの下板を長手方向又は直角方向に切替える切替操作部を取付枠の上部に設けた構造とし、
受圧板制動手段の状態操作手段は、設置台の海又は水の主たる水流が流れてくる上流を位相０°とすると受圧板を取付けた横フレームが水流に対し略直角となる回転体の回転位相の９０°及び２７０°付近となる設置台上部位置それぞれに、回転する前記取付枠側の切替操作部を設置台から操作して固定状態か又は発電できる揺動可能状態に切替えるアクチュエータを設けた構造である、前記１）記載の水流エネルギー利用した発電装置
３）  前記１）記載において取付枠が回転体の回転中心から半径方向に延びた上下複数本の横フレームと、上下の横フレームを連結する複数本の縦フレームとからなり、受圧板は横フレームの上端に回動自在に取付けられ、
受圧板制動手段は受圧板の自由端が最下位置となる角度以上に受圧板が回転するのを防ぐ下ストッパを受圧板を取付けた横フレーム下方に設け、受圧板を取付けた横フレームの各受圧板の左右側辺近くの位置でしかも同横フレームから直角に且つ前記回転軌跡面に沿って略平行に延びたストッパ取付部材を複数設け、同ストッパ取付部材に回転軌跡の面に対して０°又は０°に近い小さな角δで受圧板の上面と当接して上方への回転を抑止する上固定ストッパを前記ストッパ取付部材から隣接する各受圧板に向けて略直角に取付け、又ストッパ取付部材の途中にストッパ取付部材の長手方向からストッパ取付部材の長手方向に対し略直角になる直角方向まで回転できる回転ストッパを枢支し、しかも同回転ストッパは受圧板の厚みより長く上下方向に離れた上板と下板を有し、回転ストッパの下板はこれと受圧板の上面が当接すると受圧板が前記の下げ角度θ以上に浮き上らないように規制し、且つ回転ストッパの上板と下板との間に受圧板を挟んで受圧板を略水平に固定できる形状寸法とし、同回転ストッパを長手方向と直角方向に回動させる回動手段を取付枠側に設け、同回動手段による回転ストッパを長手方向又は直角方向に切替える切替操作部を取付枠の上部に設けた構造とし、
受圧板制動手段の状態操作手段は設置台の海又は水の主たる水流が流れてくる上流を位相０°とすると受圧板を取付けた横フレームが水流に対し略直角となる回転体の回転位相の９０°及び２７０°付近となる設置台上部位置それぞれに、回転する前記取付枠側の切替操作部を設置台から操作して固定状態か又は発電できる揺動可能状態に切替えるアクチュエータを設けた構造である、前記１）記載の水流エネルギー利用した発電装置
４）  前記２）又は３）に記載の回転ストッパの回動手段が、ストッパ取付部材に設けた両引きのエアシリンダーのシリンダーロッドの進退をリンクを介して回転ストッパの回転に変換する機構であり、しかも１つの取付枠に対して複数ある回転ストッパの各エアシリンダーの高圧エアを各取付枠に設けた高圧エアボンベから共通の切替弁を介してそれぞれ供給させるものであり、この切替弁は取付枠の上部に設けられ、その弁軸が設置台に臨んで回転体の回転中心に向けて延びるように設けられ、前記弁軸はスプリングによって常時回転中心方向に突出するように付勢されて切替操作部を形成し、この突出位置の切替弁は高圧エアボンベの高圧空気を両引きのエアシリンダーの一方のポートに供給して回転ストッパを直角方向に作動して受圧板を揺動可能状態又は固定状態に保持し、この弁軸が外方向に押し込まれると高圧エアが両引きの上記エアシリンダーの反対側のポートに高圧エアが供給されるようになって回転ストッパは回転してストッパ取付部材の長手方向になって受圧板の拘束を解除するフリー状態とする弁のポート構造であり、
更に、設置台側に設ける状態操作手段のアクチュエータは回転体の回転中心方向に進退するロッドを有し、同ロッドの先端に前記切替弁の弁軸の先端部を摺動させる所定長さの円弧状ガイド板を固着し、しかもガイド板の両端部分は内側に折り入れた誘導面を有する構造であり、アクチュエータのロッドを外方向に延長して前記切替弁の前記弁軸を円弧状ガイド板で外方向に押し込む位置にした後切替弁の回転でガイド板の拘束がなくなって弁軸は突出状態となるもので、回転位相９０°のアクチュエータの作動によって受圧板を固定状態からフリー状態を経て揺動可能状態とし、受圧板は水流を受けて連続回転して発電でき、又回転位相２７０°でのアクチュエータの作動によって揺動可能状態からフリー状態を経て固定状態へとすることで回転体の回転が低速又は静止できるようにする、前記２）又は３）記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
５）  前記２）又は３）において受圧板制動手段が各回転ストッパの枢支軸に反対方向に延びた二本の回動アームを設け、又取付枠の設置台に近接した位置に中間で枢支された加圧操作レバーを設け、前記回動アームの先端部と前記加圧操作レバーの反対に突出したレバー片の先端部とを平行に張られたワイヤで連結して加圧操作レバーの回転と回動アームの回転がワイヤで連動させ、しかも回動アーム又は加圧操作レバーに回転ストッパが直角方向になるように常時付勢するスプリングを設け、更に加圧操作レバーの枢支軸を取付枠の上部に延ばし、この枢支軸に加圧アームを軸着し、同加圧アームの回転をリンクを介して進退杆の進退運動にし、同進退杆の先端部を設置台側の回転体の回転中心に向けて配置して切替操作部とし、更に同切替操作部の進退杆を進退操作する状態操作手段として設置台側に設けたアクチュエータは回転体の回転中心方向に進退するロッドを有し、同ロッドの先端に前記進退杆の先端部を摺動させる円弧状ガイド板を固着し、しかもガイド板の両端部分は内側に折り入れた誘導面を有する構造であり、回転位相９０°付近にあるアクチュエータを作動させるとその先端のガイド板で取付枠側の前記進退杆を押し込む位置にした後回転体の回転でガイド板から離れて進退杆がスプリングで突出状態になってこれが保持され、回転体の回転とともに全取付枠の受圧板を固定状態からフリー状態を経て揺動可能状態とし、受圧板は水流から力を受けて連続回転して発電でき、又回転位相２７０°付近のアクチュエータを作動させるとガイド板の働きで揺動可能状態からフリー状態を経て固定状態とすることで回転体の回転が低速又は静止できるようにした、前記２）又は３）記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
６）  設置台内の回転体の回転が伝達された回転軸の途中にその回転を減速させる外部から入切制御できる常時切のブレーキ装置を設けて入制御で回転体を減速又は静止させるようにし、更に同回転軸に常時伝動のクラッチを介して回転軸の回転を発電機の入力軸に回転を伝達し、更に強制回転用モータの出力軸の動力をクラッチを介して前記回転軸の上方に回転を伝達できるようにして回転体を強制回転可能にした、前記１）〜５）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
７）  各受圧板の自由端にヘ字状に折曲したフラップを取付け、同フラップに作用する水流からの力によって回転位相９０°に近づく位相では自由端が最下位置方向に早期に向かうようにし、回転位相２７０°に近づく位相で受圧板を早期に水平状態に近づけるようにした、前記１）〜６）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
８）  受圧板の比重を設置される海水又は河川の水の比重の０．９５〜０．９９倍とし、しかも受圧板の取付け側の一端の回転軌跡面からの下げ角度θが３°〜６°の範囲であり、又受圧板の固定の角度δが前記回転軌跡面を０°とした−３°〜＋３°の範囲である、前記１）〜７）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
９）  設置台の甲板部に、設置される海又は川の最高水位でも筒上端が水沈しない設置台内へ人が出入できる開閉蓋付の通行筒を設けた、前記１）〜８）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
１０）  設置台の内部の一部を中空として、水中で大きな浮力を発生させ、しかも設置台から海底面又は水底面に投下したアンカーウェイトをくさりで係留して、設置台に取付けられた固定ガイドフレームと回転体と取付枠と受圧板と設置台内に配置した発電機等の機器の重さによる下方力とくさりの引張力と設置台の浮力とを平衝させて、発電装置を海中・水中で固定させた、前記１）〜９）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回転体から放射状に取付けた取付枠の上端に揺動自在に取付けた複数の受圧板は、水流からの受圧力と、受圧板の重力・浮力と、受圧板の回転による受圧揚力との力を受けるが、受圧板の回転位相（以下、取付枠の横フレームの方向が水流の上流方向を示す取付枠の位相角を０°とし、受圧板が水流の力でその自由端が押し下げられて略鉛直に制止される側に向う方向（以下正回転方向という）に取付枠・受圧板を回転させたときの位相角０°からの回転角度を回転位相の角度という）によって、これらの力のバランスを変化させて回転トルクを常時得るようにする。
【００１５】
受圧板が固定されず揺動可能状態では水流の流れ方向と取付枠の方向とが直交する回転位相９０°及びその前後の４５°〜９０°，９０°〜１３５°の回転位相にある受圧板は、水流から強い受圧力を受け、その力は受圧板の自由端を下流方向に回動するように作用する。この回転位相９０°付近では受圧板の自由端が最下位置近くになるように回動されるが、受圧板制動手段によって受圧板は略鉛直に保持され、この位相での受圧板に作用する水流からの強い受圧力は取付枠を介して回転体に対して正回転方向（上から見て時計方向）に回動させようとする高い回転トルクを与える。
他方の直交する回転位相２７０°前後では、受圧板は水流からの受圧抗力と浮力と回転による水流からの受圧揚力によって、受圧板の自重の力に抗してその自由端が水平方向になるように付勢され、受圧板制動手段で略水平（上端の回転軌跡面）からやや自由端が低くなる軽い傾斜角の下げ角度θで制止される。従って、この位相では、受圧板に作用する力は水流の流れ方向と略平行になることで小さく、取付枠・回転体を正回転方向と逆方向に回転させる力（抗力）の発生が弱く、正回転と逆の反対回転に回動させようとする回転トルクはきわめて小さく、回転トルクの合計は受圧板を正回転方向に回転させる。図２２参照。
【００１６】
又、中間の位相の１３５°〜２２５°及び３１５°〜０°〜４５°の範囲では、その範囲の受圧板は鉛直でも又は水平でもない傾いた浮遊状態にあって、回転トルクの発生は小さく、又正回転方向の回転を阻害するトルク抵抗の発生は少ない。
よって、本発明の受圧板は回転位相４５°〜１３５°で発生する強い回転トルクによって回転位相０°から９０°に向う正回転方向に回動し、取付枠・回転体は確実に回転され、発電機の発電も確保される。
水流の流れの方向が変化しても、その水流の流れに対する回転位相４５〜１３５°で強い水圧力による回転トルクが発生し確実に回転体は回転できて発電できる。
回転位相の１３５°〜２２５°及び３１５°〜０°〜４５°の中間における受圧板の回転位相９０°、２７０°（鉛直状態又は水平状態）への移行は、受圧板の９０°での揺動の制止と、僅かな下げ角度θでの制止による水からの力と、浮力と、回転速度による水からの揚力等とによって円滑に行える。
【００１７】
本発明によれば、受圧板を揺動可能状態とすると、回転体・取付枠・受圧板が潮流・水流の水圧で連続回転して発電するが、これを故障・機器点検・補修の為に停止させる場合は、回転位相２７０°付近に設けたアクチュエータを作動させればアクチュエータの進退ロッドの先端のガイド板が回転する取付枠の上部に設けた切替操作部を制動して、受圧板の揺動可能状態から固定状態にできる。固定状態となれば、水流からの回転トルクはきわめて小さくなり、回転体・取付枠・受圧板の動きは大巾に低下する。必要ならば、設置台内のブレーキ装置を作動させると回転体を静止させることができる。
次に、回転位相９０°付近のアクチュエータを作動させると、受圧板の固定状態から揺動可能状態になって発電できるようになる。
【００１８】
本発明では回転体の回転・静止は設置台側の回転位相９０°と２７０°付近に設けたアクチュエータの操作によってコントロールできる。受圧板を揺動可能状態と固定状態の状態にする作動は、回転体の取付枠側の受圧板制動手段によってなされる。この手段の具体的方法として、高圧エアボンベを取付枠に設け、回転ストッパをこの高圧エアボンベのエアを使用したエアシリンダーで回動させるエアシリンダー方式タイプがある。これとは別に、回転ストッパを設置台側に設けたアクチュエータのガイド板から伝達される押付力で回動させるワイヤ駆動方式タイプとがある。後者のワイヤ駆動方式タイプの方がエア等の消耗品がないので、交換の手間がほとんどいらないので好ましい。
【００１９】
本発明によれば、その回転機構の構造は設置台、回転体、取付枠、同取付枠に揺動自在に取付けられる受圧板、上固定ストッパー・下ストッパー・回転ストッパ・エアシリンダー又はワイヤ等の受圧板制動手段及びアクチュエータを用いた状態操作手段となるきわめて簡単なものであるから、故障が少なく、確実に作動でき、しかも低コストで耐久性があるものにできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施例の海中での設置状態を示す説明図である。
【図２】図２は、実施例の回転体と取付枠の骨組構造を示す説明図である。
【図３】図３は、実施例の受圧板の取付構造及び設置台側のアクチュエータの配置を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例の回転伝達手段の構造を示す説明図である。
【図５】図５は、回転伝達手段の詳細と回転体の取付構造を示す説明図である。
【図６】図６は、回転体の下部の支持構造を示す説明図である。
【図７】図７は、取付枠の横フレームの支持構造を示す説明図である。
【図８】図８は、回転伝達手段のラック歯車とピンとの係合を示す説明図である。
【図９】図９は、受圧板の内部構造を示す説明図である。
【図１０】図１０は、受圧板の横フレームとの取付構造を示す平面図である。
【図１１】図１１は、受圧板の横フレームと枢支の構造を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施例での受圧板の揺動を示す説明図である。
【図１３】図１３は、ストッパ取付部材と回転ストッパ・上固定ストッパの取付を示す説明図である。
【図１４】図１４は、回転ストッパの動作説明図である。
【図１５】図１５は、回転ストッパの構造と直角方向の状態を示す説明図である。
【図１６】図１６は、他の回転ストッパの構造を示す説明図である。
【図１７】図１７は、図１６の他の回転ストッパの動作説明図である。
【図１８】図１８は、切替弁の構造を示す説明図である。
【図１９】図１９は、切替操作部とアクチュエータとの配置を示す説明図である。
【図２０】図２０は、ガイド板による切替弁の弁切換えを示す説明図である。
【図２１】図２１は、回転ストッパをワイヤで操作する機構説明図である。
【図２２】図２２は、加圧操作レバーを示す説明図である。
【図２３】図２３は、本発明の受圧板の傾き姿勢を示す説明図である。
【図２４】図２４は、実施例の通行筒を示す平面図である。
【図２５】図２５は、実施例の設置台の沈降の状態を示す説明図である。
【図２６】図２６は、海底地盤設置型の設置台の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の回転体の回転軸線の方向は、設置した海中・水中の最大流速の方向と略直角となるように、且つ潮流・水流の方向と受圧板とがその回転位相の９０°で略直角となるようにする。一般に潮流・水流は海底面・水底面に略平行となることが多いので、回転体の回転軸線は設置する海底面・水底面の地面に直角の縦方向となることが多い。
【００２２】
本発明の設置台としては、図２６に示すような海底面又は水底面上に載置されて固定的に設置される円筒又は楕円筒の形状の筺体タイプと、以下の実施例の如く、海底面又は水底面にアンカーで係留された海中又は水中で浮遊する構造体のタイプと、海面・水面上の空中構造体（橋・水中タワー等）から海・水中へ垂設された取付台タイプ、又は海・水面に浮ぶ係留された浮体・船体から海・水中へ垂設された取付台タイプとがある。
尚、設置台及びその上部の通行筒は水深に応じた耐水圧の構造とする。
更に、取付枠に受圧板を上下方向に複数段設ければ、回転トルク及び出力電力も複数倍にできて高い発電量を得ることができる。段数によって発電量を変えることができる。
【００２３】
本発明の設置台の外形状を楕円形状として、その長軸方向を設置する海・水での水流の主たる水流の方向に設置することが設置台による水流の乱れを少なくして、発電効率を高める（図２３参照）。海中の潮の流れの方向は、時間とともに変動するが、その場合は水流の流れの方向の時間的に多い方向を「主たる水流の方向」とする。又は、流速が速い時間帯の水流エネルギーを主に使用する場合は、その時間帯の水流の流れの方向を「主たる方向」とする。これによって、設置台の長軸方向が水流方向と略平行となり、設置台の受ける水の抵抗は小さくなり、又設置台によって水流が乱れたり、又は渦が発生することが少なくなり、受圧板の位置の水流は層流に近いものとなり、受圧板から取り出される回転トルク・エネルギーの効率は高くなる。又、干満で水の流れが反対になっても、同様にエネルギー効率よく発電できる。
本発明の設置台の「楕円形状」とは、その平面外形状が正確な楕円形状ばかりでなく、正確な楕円形状でなく偏平な形状、又は流線形状のものを含み、水流の流れに対して抵抗が少なく、設置台まわりの水流に乱流・渦の発生を少ない縦横の長さに長短のある形状のものをいう。
【００２４】
本発明の取付枠は、回転体から設置の海・水の水流に平行な方向で大略海底又は水底の地面に略平行方向に放射状に突出した部材であるが、この取付枠には受圧板から力が負荷されるので、回転体に一端が取付けられた上下の複数の横フレームと同上下の横フレームを連結する複数の縦フレームで連結し、取付枠の回転に水の抵抗を少なく且つ高い強度を保有させるのが取付枠の好ましい構造である。
【００２５】
本発明の受圧板は、表と裏の表面材として傷付きにくい金属板又はプラスチック板を用い、内部に発泡樹脂材又はハニカム材を充填させて、受圧板の比重を、１．０１〜１．０５程の比重をもつ海水又は河川の水の比重に対する比で１．０より僅か小さく０．９５〜０．９９の範囲とすることが好ましい。その比が０．９５より小さくなると浮力が大きくなり、受圧板が水平になる力が強くなり、そのため０°〜９０°の位相で遅く垂直状態となり、９０°の位相を過ぎると早目に水平状態となるので受圧板による発生トルクが小さくなる。又、水流・潮流の流速が低い場合は、浮力の方が強く回転体が自動始動しにくい。一方、その比が０．９９を超えると浮力が弱くなって、受圧板が水平状態になりにくい。特に、位相角度２７０°付近で水平になりにくく、２７０°付近の受圧板の水の抵抗が大きくなり、反対方向に回転させようとする回転トルクが大きくなって、やはり発生トルクが小さくなる。よって、その比は０．９５〜０．９９が好ましい。その比が小さい程下げ角度θは大きくして下方力を大きくする必要がある。尚、受圧板は、海水・河川水の水の比重１．００〜１．０５より軽いプラスチック板と重たい金属・セラミックスとの複合板であってもよい。この受圧板の後端にフラップを設ければ、回転位相０°〜９０°での早期の沈降と、回転位相１８０°〜２７０°での早期の水平化に働く。
【００２６】
本発明の発電機は、設置台内に設けられ、防水された中空空間内に収容され、回転体の設置台に対する回転力を、増速ギア機構を介して発電機を回動させる構造とするのが一般的である。
【００２７】
本発明の受圧板の取付枠の上端での取付け方法は、蝶番又は枢着いずれでもよく、取付枠の上辺部材・横フレームまわりに受圧板が揺動できるものであればよい。
【００２８】
本発明の受圧板の受圧板制動手段の代表的手段としては、取付枠の下方の横フレームに受圧板の自由端を回転体の軸線方向となる略鉛直状態で係止する下ストッパーを設け、又取付枠に設けた回転ストッパで、受圧板をその自由端が回転軌跡面０°より僅か低くなる３°〜６°程の受圧板の傾き角度θ（下げ角度）状態とする。この下ストッパと回転ストッパの構造としては、実施例の構造以外の他の機構も採用できる。
例えば、回転ストッパの構造は請求項２，３の構造の他に、請求項３における回転ストッパの上板を、非回転として常時直角方向に固定するようにすれば、この非回転の上板を上固定ストッパとして機能させることも可能である。
【００２９】
受圧板の下げ角度θの設定角度は小さすぎると、０°〜９０°の回転位相で受圧板は９０°の回転位相で垂直にならなかったり、垂直になるのが遅れすぎて全体の回転トルクが小さくなる傾向がある。逆に下げ角度θが大きすぎると、２７０°の位相で受圧板に強い流水抵抗が働いて、逆方向の大きな回転トルクが働いて、全体の回転トルクが小さくなって好ましくない。よって、受圧板の回転位相９０°の垂直への円滑な移行と、２７０°回転位相での小さな抵抗とするため、受圧板の下げ角度θは回転軌跡面からの下方の３°〜６°（軌跡面を０°とするとその下方の３°〜６°）程の角度範囲に抑えるようにするのがよい。
【００３０】
概算してみると、ｔを受圧板の平均厚みとし、ρを水の密度とし、始動させる潮流の流速をＶｓとすると、受圧板の９０°位相での傾き角度θの受圧板を押し下げる下方力＝１／２＊ρ＊Ｃｄ＊Ａ＊Ｖｓ２＊ｔａｎθと、浮力＝９．８＊Ａ＊ｔ＊ρ＊（１−受圧板の比重／水の比重）との比Ｘが、９０°以前の位相で下方力が浮力より余裕をもって大きくする値１．３程以上が好ましく、又２７０°位相で流水抗力を強く抑えるため、下方力の浮力に対する比Ｘが２．７以下程が良い設定であることが分った。受圧板の比重／水の比重の比を０．９９とすると、３°〜６°程で４°±０．５が最も好ましいことが分った。
【００３１】
本発明では、横に倒した水車の受圧板を揺動自在にする事を、最も主要な特徴とする。受圧板は回転翼桁である取付枠の上端で揺動自在に取付け、その受圧板の比重を海水・河川の水の比重の０．９５〜０．９９倍程とし、僅かに浮く様にする。受圧板制動手段により、設定の下げ角度θ位置に回転止して水平以上にならないようにし、又、９０度前後の位置に下ストッパで回転止をする。水流速が０〜０．５ノットの低速域では水流による力の発生が小さく、全受圧板は浮力により略水平になり、水圧をうけないため受圧板は回らない。下げ角度θが４°の場合、０．８ノット頃から初期角度４〜５度前後の面に当たる水圧による下方力が、受圧板の浮力に勝って、受圧板を下方へ回転させ、下ストッパで止まり、受圧板は水流に直角となり強い流水圧を受ける。その受圧力を取付枠に伝えることで受圧板・回転体は連続回転する。
【００３２】
次に、潮流方向の変化に対して、本発明は構造上の対称性があり、水流の方向が違うだけで受圧板の水流からの作用効果は変化なく、回転位相０°の方位が変化するのみである。このように、特段の機構を必要とせず、受圧板だけで自動的に対応できて、いずれの潮流方向でも回転体を回転可能としている。
これにより、受圧板の回転方向は流れの方向が変わっても常に一定回転方向に保たれる。
【００３３】
本願発明の使用条件の潮流速度が２ノットから１ノット、水深が−４０ｍから−１０ｍ程度の海域に適応する構造にする手段としては、まずプロペラ式やダリウス翼方式があるが何れも翼の揚力を利用する方式であり、発電量が翼直径の２乗・流速の３乗に比例する理論に基づく方式であり、さらに翼の回転軸が横軸で、支柱が直立となるため、深い水深と速い流速が必要条件となる。
これに比較して本発明は浅い水深、低流速の海域に適応する構造とするため、陸上の下掛け水車の近似理論：発電量＝水車直径×水流量／秒×効率・係数に基き、縦軸横置き水平方向回転の水車に相当する。翼理論の流れ方向に、直角な揚力でなく、平行な直圧・抗力を利用する。受圧域が翼回転の全周になるプロペラ方式に比べ受圧域が回転の半周になることを補って、目標発電量に、余裕のある水車の直径、受圧板の寸法を自在に設定することができる。このことで、低い潮流速度浅い水深その他の現実条件に適応する構造とする事ができる。
【００３４】
次に、目標発電量を達成するための、水車の概算寸法を設定してみる。基本的には、前出の下掛け水車の近似理論に基づくが、その他の理論式や余裕、バランス等加味して、設定する。１０００ｋＷでは、水車直径５０ｍのとき、水車翼幅は、流速１ノットで１０ｍ、流速２ノットで５ｍとなる。２０００ｋＷでは、水車直径８０ｍのとき、水車翼幅は、流速１ノットで１２ｍ、流速２ノットで６ｍとなる。１００ｋＷでは、水車直径１０ｍのとき、水車翼幅は、流速１ノットで５ｍ、流速２ノットで３ｍとなる。
上記の如く、海洋構造物らしくかなり長大なものになるが、慎重な構造計算や、回転数と増速機構の計画を行うことで、十分実現可能な手段である。
【００３５】
設置台、回転体、回転数と増速機構等にかんしては既存の周知技術内で達成される。又、各部材の強度も適切な素材・寸法及びリブ等で構造強度は確保でき、実用化できるものである。更に、本発明の海・水中に設置した発電装置を点検・補修・安全等の為に、回転体・取付枠・受圧板の回転を停止させる機構を設けている。その機構として本発明の受圧板制動手段は、運転中に受圧板の上限の設定の下げ角度θ（３°〜６°程）の揺動可能状態を変更して、受圧板を０°程又は−３°〜＋３°程の範囲の水平に近い小さな角度δに固定する固定状態にすれば、受圧板は水流の流れと略平行の姿勢となって回転トルクが発生しないようになって、回転体・取付枠・受圧板は回転がきわめて低下し、設置台内の回転軸に対してブレーキを与えるブレーキ装置等で受圧板の回転を容易に停止できる。
【００３６】
最後に、潮流・流水中における本発明の発電装置の姿勢安定対策が必要である。漁場を対象としてアンカーケーブル方式を検討する潮流速２．０ノットで試算する。１０００ｋＷ型の概算の寸法、重量を設定して試算した結果、計算により求められる数値に、全体浮力、アンカーの重量、アンカーケーブルの位置を設定することで、安定する。
２．０ノット以上の急潮流域では十分余裕のある対策が必要となる。台風波浪に対しては潮流発電装置全体を低潮位以下３．０ｍに沈めることで安定させられる。津波対策は、別途の検討を行う。海底固定方式はアンカーケーブル式よりさらに安定は容易である。又、２０００ｋＷ型の発電装置も同様に可能である。
【００３７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００３８】
（実施例）
図１〜２５に示す実施例は、水深４０ｍ程の海中にアンカーケーブル方式で設置される総重量が４００ｔで楕円状設置台の浮力が８００ｔ程の１０００ｋＷ型の発電装置例である。楕円筒状の設置台はその内部の上部を中空にし、設置台の外周の上段，下段に円環状の固定ガイドフレームをブラケットによって固設し、同固定ガイドフレームに円環状の回転体を固定ガイドフレームに沿って周回可能に取付ける。この回転体に８組の放射状の取付枠（複段の横フレームとこれを上下方向に連結する縦フレームと補助横フレームとその連結材とよりなる）を取付け、各取付枠の上段の横フレームの上端に横３列の受圧板を揺動自在に取付けている。発電運転時の受圧板の揺動角範囲は、上限の下げ角度θは４°とし、これから垂直状態の９０°の範囲としている。
【００３９】
次に、この設置台は上半部を中空室として大きな８００ｔ程の浮力を保有し、設置台の海水に漬かる下部の内部にウインドラスを複数配置し、同ウインドラスに巻き取られるくさりの下端に浮力タンク付アンカーウエイトを取付けて、海底面にアンカーとして配置している。この設置台の浮力と、アンカーウエイトによるアンカー力及び固定ガイドフレーム・回転体・取付枠・受圧板の自重及びそれからの下方力・上方力・回転力を平衝させて、設置台・回転体・取付枠・受圧板を海中に保持している。
設置台は長軸方向の径長が約１４ｍで短軸の方向の径長は約１０ｍで高さ１４ｍ程で、中間で内部は仕切られている。
【００４０】
（取付枠の構造）
回転体から４５°毎に８組半径方向に突出させた各取付枠は、図２〜７に示すように上下の２段の横フレームと、同横フレームを上下に連結する縦フレームと、各段の横フレームと略同じ高さで且つ横フレームの近くで半径方向に突出させた補助横フレームと、同補助横フレームと横フレームとを三角形の二長辺となすように連結する連結材とからなっていて強い構造強度を有する。横フレームは断面偏平状の外形状を有して、水の抵抗を小さくしている。又、この横フレームに取付けたストッパ取付部材に上固定ストッパ・回転ストッパ・エアシリンダー・下ストッパ等が回転ズレがなく強固に取付けられている。又、各取付枠を突設した回転体部分の下部には固定ガイドフレームのガイド溝に沿って走行する脚部と走行シューがそれぞれ取付けられている。回転体と取付枠と受圧板は固定ガイドフレームに沿って周回運動できるようになっている。
【００４１】
一枚の受圧板は、図９〜１１に示すように６．５ｍ×５ｍで最大厚みが０．３ｍ程であり、横フレームに横３列の受圧板の先端を揺動可能に枢支している。
【００４２】
図３，１２〜２２に示す実施例の受圧板制動手段は受圧板を枢支した横フレームに直角方向に延び且つ回転軌跡面と略平行としたストッパ取付部材を各受圧板の左右側辺に隣接するように４本設けている。各ストッパ取付部材は斜め補強部材で横フレームに強固に取付けられている。この４本のストッパ取付部材に受圧板の上面と当接すると受圧板を回転軌跡面と同じ０°に保持する上固定ストッパがストッパ取付部材と直角となるように設けられている。又、ストッパ取付部材には１個又は２個の回転ストッパが設けられていて、回転ストッパは上下に受圧板の厚み以上の間隔をもって上板と下板とを有する。回転ストッパを直角方向に回転すると、その上板と下板との間に受圧板を挟むことができ、受圧板を０°の固定状態にする。又、回転ストッパの下面で受圧板の上面と当接させると、受圧板は４°の下げ角度θでもって受圧板の浮き上りを抑止し、受圧板を揺動可能状態とする。
【００４３】
前の実施例の受圧板制動手段の他の回転ストッパの構造として、図１６，１７に示すように断面コ字状部材の下板のみをその基端で回転自在にするとともに下板の上面・下面を離して、その回転ストッパの下板の上面で受圧板の下面と当接させることで、上固定ストッパとこの回転ストッパの下板の上面とで受圧板を略水平に固定して固定状態とする。又、この回転ストッパの下板の下面を受圧板上面と当接させると、受圧板の下げ角度θを４°で抑止し、これ以上自由端を浮き上げられないように抑止させ揺動可能状態とする構造がある。
【００４４】
実施例の回転ストッパはいずれもストッパ取付部材の長手方向と、これに直角方向にして受圧板を拘束する位置にする回動手段を各ストッパ取付部材に設けている。
そして、回転ストッパを長手方向（受圧板フリー状態）と、直角方向（受圧板の固定状態又は揺動可能状態）に切替可能とする切替操作部を取付枠の上段の横フレームで設置台を臨む上部に設けている。設置台の回転位相９０°と２７０°付近にはアクチュエータを設けて、同アクチュエータで上記切替操作部を操作できるようにしている。
【００４５】
実施例の回転ストッパの回動手段としては、図１３〜２０に示すようなエアシリンダーを使用する方法と、図２１，２２に示すように他例として回転ストッパの回転を取付枠の上段横フレームの設置台に臨んだ上部位置に設けた加圧操作レバーと回転ストッパの枢支軸に設けた回動アームとの間をワイヤで連結して、加圧操作レバーの回転と回転ストッパの回転とをワイヤで連動させるワイヤ駆動方式もある。
【００４６】
（図面の符号説明）
図中特に図１〜３においてあらわれる実施例の発電装置Ｇの構造の符号で、１は長軸方向外径１４ｍ，短軸方向外径１０ｍで高さ１４ｍ程の楕円筒状の設置台であり、内部中間の隔壁１ａによって上半部は中空であり、その上半部内部に回転体の回転力を伝達する回転伝達手段４の一部と、発電機Ｈと、配電装置Ｃと、空調装置Ａ、制御盤Ｂ等が配置されている。１ｆは設置台１の甲板に上方へ長く突出させた一対の通行筒で上端には防水開閉蓋があり、その内部には階段があって、海面から設置台内の上半部内部に人が出入できるようにしている。１ｇは設置台１の海に漬る下半部の底部に複数設けたウインドラス、１ｈは同ウインドラスで巻きとるアンカーのくさり、１ｉは同くさりの下端に取付けた浮きタンク１ｊを備えたアンカーウエイトである。本実施例の発電装置Ｇは大略１０００ｋＷの発電が可能である。
【００４７】
図中特に図２〜８においてあらわれる符号であって、２は楕円状の設置台１の外側の上段，下段位置に設けた円環状の固定ガイドフレーム、２ａは同固定ガイドフレームを設置台１の外周壁に支持するブラケットで長軸方向のブラケットは短く、短軸方向のブラケットの長さは長い。２ｂはブラケットの先端に設けられた固定ガイドフレーム２の円環状ガイド溝、３は上段，下段の固定ガイドフレーム２の位置の上方に設けた円環状の回転体であって、Ｈ型鋼を横向きにして環状にしたもので、３ａは同回転体の下部に設けた脚部、３ｂは同脚部の下方に取付けられたポリ四ふっ化エチレン等の滑動抵抗が小さい材質で製作された走行シューであり、固定ガイドフレーム２のガイド溝２ｂ内に拘束されて回転体３を固定ガイドフレーム２に沿って周回運動可能にしている。３ｃは上段の回転体３の内側に設けた回転体の回転を固定された設置台に伝達するためのラック歯車である。
【００４８】
図中特に図１〜１２においてあらわれる符号であって、５は回転体３の外側に４５°毎に８組放射状に取付けられた水平長さ１５ｍで７ｍ高さの取付枠であって、５ａはその上・下段の横フレーム、５ｂは同横フレームを上下方向に連結する縦フレーム、５ｃは横フレーム５ａと縦フレーム５ｂの強度を補助する補助横フレーム、５ｄは同補助横フレーム５ｃと横フレーム５ａとを連結する連結部材、５ｅは軸受部５ｆを横フレーム５ａに取付ける取付アーム、５ｆは受圧板６の枢支軸６ｄを軸支する上段の横フレーム５ａに取付けた軸受部である。
【００４９】
受圧板６は先端に枢支軸６ｄを有し、これは横フレーム５ａ側の軸受部５ｆで軸支されて、揺動自在となっている。そして、この３枚の受圧板６の側辺に隣接するようにストッパ取付部材８が４本上段の横フレーム５ａに直角方向に且つ回転軌跡面に略平行に取付けられている。又、受圧板６の自由端には小さなフラップ６ｅが取付けられている。
【００５０】
上記ストッパ取付部材８には回転ストッパ７ａ，上固定ストッパ７ｅが取付けられている。回転ストッパ７ａ，上固定ストッパ７ｅについては２スタイル例あり、後で説明する。
【００５１】
次に、回転体３の回転を設置台１内の発電機Ｈへ伝達する回転伝達手段４について説明する（図２〜５参照）。
回転体１の上部の内側には大径のラック歯車３ｃが設けられている。又、同ラック歯車３ｃとピン４ｃで噛合するピン車の回転盤４ｄが楕円状の設置台１の長軸側の両方の先端部（回転位相で０°，１８０°の位置）に設けられて、回転体１の回転は回転軸４ａに伝達されている。同回転盤４ｄの垂直な回転軸４ａは常時はＯＦＦのブレーキ装置４ｋ，常時は連結のＯＮの状態のクラッチ４ｉ，傘歯車４ｅを介して発電機Ｈの入力軸に連動されている。４ｇは回転軸４ａと強制回転モータ４ｆを連動させる平歯車で、４ｊは平歯車４ｇの噛合のＯＮ／ＯＦＦ作動させるシリンダーである。
【００５２】
又、実施例の受圧板６の固定状態又は揺動可能状態に切替える状態操作手段は、設置台１の回転位相９０°と２７０°に設置したアクチュエータの両引きのエアシリンダー７１ｅと、その設置台１内の制御盤１ｅとで構成されている。エアシリンダー７１ｅは回転中心から半径方向に延びたロッドを有し、同ロッドの先端に円弧状のガイド板７１ｋを取付けていて、同ガイド板７１ｋの両端は内側に折り込まれた誘導面７１ｘを有する（図３，１８〜２２参照）。
【００５３】
実施例の受圧板制動手段の回転ストッパと上固定ストッパの構造とその回動手段例を二つ示している。又、同回転ストッパいずれの構造例でもよいが、ワイヤ駆動方式の方が消耗品の交換が不要であるので好ましい。
【００５４】
図１３，１４，１５に示す回転ストッパ７ａは、回転ストッパ７ａの上と下の板７ｂが受圧板６の厚み以上の間隔があり、両引きエアシリンダー７１ｂとそのロッド先端の回転アームとリンク７１ａとによって、回転ストッパ７ａの上板，下板ともに一緒にストッパ取付部材８の長手方向とこれに直角方向とに回転できるようになっている。又、枢支軸６ｄに近い位置で直角方向に固設した上固定ストッパ７ｅが受圧板６の０°以上に浮き上らないようにストッパ取付部材８に取付けられている。更に、下方の横フレーム５ａに取付けた下ストッパ７ｕが受圧板６の９０°以上の回転を防いでいる。
【００５５】
図１４（ａ）は回転ストッパ７ａを直角方向にして、その下の板の下面のゴム層７ｄが受圧板６の上面と当接させると、受圧板６が下げ角度θを４°以上浮き上るのを防ぎ、受圧板６を揺動可能状態とする。
【００５６】
次に、回転ストッパ７ａを長手方向にすると、図１４（ｂ）の如く受圧板６は拘束がなくフリー状態となる。更に、受圧板６が回転位相２７０°付近の水平状態になった状態で回転ストッパ７ａを直角方向に回転させると、受圧板６は回転ストッパ７ａの上・下の板７ｂの間に挟まれて、図１４（ｃ）の如く受圧板６は固定状態となる。図１５は直角方向の回転ストッパ７ａを示している。この場合、回転位相２７０°では受圧板６は浮力及びフラップ６ｅによって浮き上るのを上固定ストッパ７ｅで抑止することで、受圧板６を０°で維持でき、回転ストッパ７ａの直角方向にしても確実に受圧板６を上・下の板７ｂで保持できるようにしている。
【００５７】
図１６，１７は回転ストッパ７ａでは上の板がなく、下の板７ｂのみがエアシリンダー７１ｂで長手方向と直角方向に回転できるものとした構造であり、その動作は図１７に示している。図１７（ａ）は、下の板７ｂが直角方向にあって、受圧板６を下げ角度θを４°で抑止していて揺動可能状態である。図１７（ｂ）は下の板７ｂを長手方向に回転させた状態でフリー状態である。そして、受圧板６が下の板７ｂを直角方向にしたのが図１７（ｃ）であり、これによって受圧板６は上固定ストッパ７ｅと直角方向の下の板７ｂとによって挟まれて固定状態となる。
【００５８】
図１８，１９は上記の回転ストッパ７ａを両引きエアシリンダー７１ｂで長手方向と直角方向との回転の制御を行う切替弁をアクチュエータの両引きエアシリンダー７１ｅで設置台１からこれを操作する状態操作手段と切替部を示す図面である。
【００５９】
切替弁７１ｃは高圧エアボンベ７１ｄに接続される高圧エア供給の２ポートと、圧力弁を介してエアを開放する排気の２ポートがあり、弁軸７１ｈの突出状態では一方のポートから高圧エアがエアシリンダー７１ｂの一方のポートに入力され、回転ストッパ７ａを直角方向に回動し、又この直角状態は弁のスプリング７１ｉによってこの状態を保持される。
次に、この設置台１側のアクチュエータである両引きのエアシリンダー７１ｅによって弁軸７１ｈが押し込まれると、切替弁７１ｃは他のポートから高圧エアを供給され、両引きのエアシリンダー７１ｂはロッドを引き込んで回転ストッパ７ａを長手方向に回転する。すると、受圧板６の下方への揺動が可能となる。
このように、設置台１側のエアシリンダー７１ｅの作動によって、切替弁７１ｃのエアが切替えられる。
【００６０】
上記のエアシリンダー７１ｅのロッドの先端は所定長さの円弧状のガイド板７１ｋを有していて、その両端には内側に折り込まれた誘導面７１ｘを有している（図２１，２２参照）。
【００６１】
図２０は受圧板６が回転した発電状態と、回転停止の状態のアクチュエータの両引きのエアシリンダー７１ｅによる操作を示す。
発電している通常運転では、ガイド板７１ｋは回転中心の方向に縮退した位置にある。一方、弁軸７１ｈがスプリング７１ｉによって突出して、取付板（回転体）とともに回転しても、弁軸７１ｈの先端部は縮退した位置にあるガイド板７１ｋ・誘導面７１ｘには当らないようになっている。
【００６２】
次に、ガイド板７１ｋが半径方向に延びた位置に保持されると、突出した弁軸７１ｈの先端部と略同じ回転半径となって、回転体３の回転とともに、弁軸７１ｈの先端部はガイド板７１ｋの誘導面７１ｘに当ってガイド板７１ｋに摺って弁軸７１ｈは押し込まれ、エアのポートが切替えられて、受圧板６はフリー状態となる。
【００６３】
更に、回転体３が回転すると、弁軸７１ｈの先端部はガイド板７１ｋの誘導面７１ｘから回転中心の方向にそのスプリング７１ｉによって付勢され、回転ストッパ７ａは切替弁７１ｃのポート切替えによって直角方向に回転し、スプリング７１ｉによって直角方向にするエアのポートに保持される。
【００６４】
従って、設置台１において発電中で揺動可能状態の回転体６を回転停止させるときは、回転位相２７０°のアクチュエータの両引きエアシリンダー７１ｅを外方向に突出させる位置にすれば、この回転位相では受圧板は図２３に示すように、略水平になっているので、回転ストッパ７ａを直角状態からフリー状態とした後、直角状態に戻せば、図１３〜１７に示した通り回転ストッパ７ａは受圧板６を略水平（０°）で固定状態とし、水流と平行方向であるため、受圧板６は水流からの回転トルクをほとんど発生しなく、かなりの低速又は静止までになる。必要ならば、ブレーキ装置４ｋを作動（ＯＮ）させれば強制停止することも可能である。回転体６が回転しにくいときは、強制回転モータ４ｆを作動させて、クラッチ用シリンダー４ｊを作動させ、平歯車４ｇを噛合させ回転体６をゆっくり一回転させることで、受圧板の状態変更を円滑にできる。
【００６５】
次に、受圧板６を固定状態から発電できる揺動可能状態にする場合は、回転位相９０°にあるアクチュエータの両引きエアシリンダー７１ｅを作動させれば、受圧板６は回転位相９０°では水流の抵抗で垂直に沈みこんでいるので、受圧板６に当ることもなく、回転ストッパ７ａの直角状態にでき、受圧板６を下げ角度θ＝４°で制止する。
【００６６】
本発明の他の受圧制動手段の回転ストッパ７ａを回転する方法として、図２１に示すように回転ストッパ７ａの枢支軸から突出した回動アームを取付け、又取付枠５の上部に中間に枢支された加圧操作レバー７１ｎを設け、同加圧操作レバーのレバー片を左右に突設し、回動アームとレバー片との間を平行なワイヤ７１ｍで連結し、加圧操作レバー７１ｎの回転と回転ストッパ７ａとを連動させ、この加圧操作レバー７１ｎの回転をリンク７１ｔを介して進退杆７１ｒの進退に変換し、その進退杆７１ｒの先端を前記と同じアクチュエータのエアシリンダー７１ｅのガイド板７１ｋと接衝するようにして、前記図１３〜２０の例と同様に、回転ストッパ７ａを直角方向と長手方向に設置台１側のエアシリンダー７１ｅの操作で切替えられるようにすることができる。
【００６７】
図２３は本発明の受圧板６の潮流に対する姿勢を示す説明図である。図２４，２５は通行筒１ｆによって設置台１内に点検・補修の為に人が入れるようにする構造を示す。図２６は設置台１を海底地盤上に載置したタイプの発電装置の例を示す。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、海岸近くの海中に設置するばかりでなく、水流が安定した川・河・湖でも発電可能であり、その淡水の発電装置としても使用できる。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ    空調装置
Ｂ    制御盤
Ｃ    配電装置
Ｈ    発電機
Ｇ    実施例の発電装置
１    設置台
１ａ    隔壁
１ｅ    アクチュエータを制御する設置台内の制御盤
１ｆ    通行筒
１ｇ    ウインドラス
１ｈ    くさり
１ｉ    アンカーウエイト
１ｊ    浮きタンク
２    固定ガイドフレーム（上，下段）
２ａ    ブラケット
２ｂ    ガイド溝
３    回転体
３ａ    脚部
３ｂ    走行シュー
３ｃ    ラック歯車
４    回転伝達手段
４ａ    回転軸
４ｂ    軸受
４ｃ    ピン
４ｄ    回転盤
４ｅ    傘歯車
４ｆ    強制回転モータ
４ｇ    平歯車
４ｉ    クラッチ
４ｊ    クラッチ用シリンダー
４ｋ    ブレーキ装置
５    取付枠
５ａ    横フレーム
５ｂ    縦フレーム
５ｃ    補助横フレーム
５ｄ    連結部材
５ｅ    取付アーム
５ｆ    軸受部
６    受圧板
６ａ    ステンレス鋼板
６ｂ    翼桁
６ｃ    硬質発泡樹脂
６ｄ    枢支軸
６ｅ    フラップ
７    受圧板制動手段
７ａ    回転ストッパ
７ｂ    回転ストッパの上・下の板
７ｄ    ゴム層
７ｅ    上固定ストッパ
７ｕ    下ストッパ
７１ａ    回動アームとリンク
７１ｂ    （両引きの）エアシリンダー
７１ｃ    切替弁
７１ｄ    高圧エアボンベ
７１ｅ    両引きのエアシリンダー
７１ｈ    弁軸
７１ｉ    スプリング
７１ｊ    ガイドロッド
７１ｋ    ガイド板
７１ｍ    ワイヤ
７１ｎ    加圧操作レバー
７１ｒ    進退杆
７１ｘ    誘導面
８    ストッパ取付部材
８ａ    斜め補強部材
【要約】
【課題】  水流・潮流の流れの方向が大きく変動しても発電の回転トルクを発生させる回転体を確実に回転でき、安定して高い効率で発電可能とし、しかも発電させる回転体の回転状態と点検補修の為の回転体停止状態との切替が容易に行えるようにする。
【解決手段】  海中に設置した設置台１の外周に回転体３を取付け、同回転体３に取付枠５を放射状に取付け、同取付枠の横フレーム５ａに矩形状の受圧板６を３個並列に枢支し、同受圧板の左右側辺近くにストッパ取付部材８を横フレーム５ａに直角に張り出し、同ストッパ取付部材に受圧板６を−４°〜−９０°の範囲で揺動する揺動可能状態と、０°で固定状態に規制する下ストッパと上固定ストッパと回転ストッパを取付け、回転ストッパを長手方向と直角方向とする回動手段を設け、同回動手段の切替操作部を取付枠上部に設け、同切替操作部の切替操作を行うアクチュエータを設置台１の上部に設ける。
【選択図】図３【図１】
0005570086.tif 000002
【図２】
0005570086.tif 000003
【図３】
0005570086.tif 000004
【図４】
0005570086.tif 000005
【図５】
0005570086.tif 000006
【図６】
0005570086.tif 000007
【図７】
0005570086.tif 000008
【図８】
0005570086.tif 000009
【図９】
0005570086.tif 000010
【図１０】
0005570086.tif 000011
【図１１】
0005570086.tif 000012
【図１２】
0005570086.tif 000013
【図１３】
0005570086.tif 000014
【図１４】
0005570086.tif 000015
【図１５】
0005570086.tif 000016
【図１６】
0005570086.tif 000017
【図１７】
0005570086.tif 000018
【図１８】
0005570086.tif 000019
【図１９】
0005570086.tif 000020
【図２０】
0005570086.tif 000021
【図２１】
0005570086.tif 000022
【図２２】
0005570086.tif 000023
【図２３】
0005570086.tif 000024
【図２４】
0005570086.tif 000025
【図２５】
0005570086.tif 000026
【図２６】
0005570086.tif 000027