(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海中又は水中で固定される横断面の外形状が楕円状である設置台を設け、この楕円状の設置台の長軸方向を設置される海中又は水中での水流の主たる流れ方向となるように設定し、同設置台の外側に上下に複数段の環状の固定ガイドフレームを設け、同固定ガイドフレーム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、同取付枠の回転軸線から偏心した上辺位置に平板状の受圧板の一端を揺動自在に取り付けるとともに、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となるように揺動を制限する制止手段を設け、回転体の設置台に対する回転で発電する発電機を設置台内に設け、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、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、受圧板の浮力と制止手段とによって確実に回転体を回動させて発電できるようにした、水流エネルギーを利用した発電装置。
【請求項２】
取付枠が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、制止手段は横フレームの上端に取付けられて受圧板を下方に押し下げて所定の下げ角度θより水平に近づかないように制止し、且つ９０°以上に回転しないように抑止するストッパーの機構を有してなる、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】
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、しかも受圧板の下げ角度θが３°〜６°の値とした、請求項１又は２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４】
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１〜３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５】
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１〜４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６】
回転体・取付枠及び受圧板の回転を強制停止できる強制停止装置を備えた、請求項１〜５いずれかに記載の水流のエネルギーを利用した発電装置。
【請求項７】
強制停止装置が、受圧板の下げ角度を所定の下げ角度θの前後角度乃至水平のθ＝０°に近い角度範囲の水平に近い固定角度δに固定して揺動しないように規制できる受圧板と取付枠との間に設けられた複数のエアシリンダーと、同エアシリンダーに作動用空気を送る取付枠に設けられたエアタンクと、同エアタンクのエアをエアシリンダーに送る送気路途中に設けられ且つ受圧板を固定角度δで固定する固定状態と、下げ角度θの上限揺動角度のみを制限する状態にできるようにエアシリンダーへのエアを切換える最上段の回転体と取付枠の上位置に取付けられた開閉制御弁と、同開閉制御弁の回転することとなる弁軸端の半径方向の位置を変える環状でその径が円周方向の途中で屈曲して変えられる構造の弁軸ガイド枠と、同弁軸ガイド枠を半径方向に進退可能に保持するために設置台又は固定ガイドフレームあるいはそれらを連結するブラケットから半径方向に突出するように円周方向に沿って複数個設けたガイド枠保持エアシリンダーと、同ガイド枠保持エアシリンダーを制御する設置台の内部に設けられた操作盤とからなる、請求項６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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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る、しかも、水流の流れを乱すことが少なく、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。特に、水深が浅い陸地に近い海域の潮流を使用した発電装置に適した発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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横断面の外形状が楕円状である設置台を設け、この楕円状の設置台の長軸方向を設置される海中又は水中での水流の主たる流れ方向となるように設定し、同設置台の外側に上下に複数段の環状の固定ガイドフレームを設け、同固定ガイドフレーム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、同取付枠の回転軸線から偏心した上辺位置に平板状の受圧板の一端を揺動自在に取り付けるとともに、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となるように揺動を制限する制止手段を設け、回転体の設置台に対する回転で発電する発電機を設置台内に設け、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、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、受圧板の浮力と制止手段とによって確実に回転体を回動させて発電できるようにした、水流エネルギーを利用した発電装置
２）  取付枠が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、制止手段は横フレームの上端に取付けられて受圧板を下方に押し下げて所定の下げ角度θより水平に近づかないように制止し、且つ９０°以上に回転しないように抑止するストッパーの機構を有してなる、前記１）記載の水流エネルギー利用した発電装置
３）  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、しかも受圧板の下げ角度θが３°〜６°の値とした、前記１）又は２）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
４）  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）〜３）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
５）  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）〜４）いずれか記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
６）  回転体・取付枠及び受圧板の回転を強制停止できる強制停止装置を備えた、前記１）〜５）いずれかに記載の水流のエネルギーを利用した発電装置
７）  強制停止装置が、受圧板の下げ角度を所定の下げ角度θの前後角度乃至水平のθ＝０°に近い角度範囲の水平に近い固定角度δに固定して揺動しないように規制できる受圧板と取付枠との間に設けられた複数のエアシリンダーと、同エアシリンダーに作動用空気を送る取付枠に設けられたエアタンクと、同エアタンクのエアをエアシリンダーに送る送気路途中に設けられ且つ受圧板を固定角度δで固定する固定状態と、下げ角度θの上限揺動角度のみを制限する状態にできるようにエアシリンダーへのエアを切換える最上段の回転体と取付枠の上位置に取付けられた開閉制御弁と、同開閉制御弁の回転することとなる弁軸端の半径方向の位置を変える環状でその径が円周方向の途中で屈曲して変えられる構造の弁軸ガイド枠と、同弁軸ガイド枠を半径方向に進退可能に保持するために設置台又は固定ガイドフレームあるいはそれらを連結するブラケットから半径方向に突出するように円周方向に沿って複数個設けたガイド枠保持エアシリンダーと、同ガイド枠保持エアシリンダーを制御する設置台の内部に設けられた操作盤とからなる、前記６）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】
【００１３】
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、取付枠の突出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。
【００１４】
水流の流れ方向と取付枠の方向とが直交する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。直交する位相９０°付近では受圧板の自由端が最下位近くになるように回動されるが制止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（水上流に向って時計方向）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と水流による受圧揚力によって、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、制止手段で水平（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い。図１２，２０参照。
【００１５】
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、本発明の受圧板は位相４５°〜１３５°で発生する強い回転トルクによって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。
水流の流れの方向を変化しても、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ものとした。
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°以上の揺動の制止と、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。
【００１６】
本発明によれば、図２，２０に示すように設置台の横断面外形状は楕円形であり、しかも設置台の楕円形の長軸方向を水流の流れ方向としているため、設置台を通過する水流に乱れを起すことが少なく、受圧板の旋回位置での水流は乱れがない層流状態となり、よって受圧板が受ける水流からの力も乱れがなく、安定した大きな力を確保できるものとしている。
【００１７】
又、回転体・取付枠・受圧板は、その回転体の中心まわりに回転運動する。設置台は楕円形状であるが、その設置台の外側の環状固定ガイドフレームを設け、これに回転体を回転自在に取付けることで、楕円形状の設置台に受圧板を円滑に円運動させることができるようにした。
【００１８】
本発明によれば、その回転機構の構造は設置台、固定ガイドフレーム、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、上ストッパー・下ストッパー等の制止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】
【００１９】
【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、実施例の設置台と固定ガイドフレームと回転体と取付枠との取付構造を示す説明図である。
【図３】図３は、実施例の設置台の内部と取付枠の取付構造を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例の上段の長軸側回転体と取付枠の取付構造と回転体の回転を設置台内に伝達する機構を示す拡大説明図である。
【図５】図５は、実施例の中段の短軸側での回転体と取付枠の取付構造を示す拡大説明図である。
【図６】図６は、実施例の回転体と横フレームと補強横フレームと脚部と走行シューとガイド溝の構造を示す説明図である。
【図７】図７は、実施例の受圧板を示す透視斜視図である。
【図８】図８は、受圧板の横フレームとの取付けを示す平面図である。
【図９】図９は、受圧板の枢支軸の軸受部の取付構造を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施例の取付枠に受圧板を揺動自在に取付ける構造を示す拡大説明図である。
【図１１】図１１は、受圧板の揺動角度の制止手段及び強制停止手段を示す説明図である。
【図１２】図１２は、受圧板の９０°の垂直での停止状態を示す説明図である。
【図１３】図１３は、受圧板の下部の下ストッパーとの係止状態を示す拡大説明図である。
【図１４】図１４は、実施例の回転体の回転を設置台内に伝達させる機構を平面視で示す拡大説明図である。
【図１５】図１５は、切換弁をコントロールする弁軸ガイド枠のガイド枠保持シリンダーによるコントロールを示す説明図である。
【図１６】図１６は、環状の弁軸ガイド枠のガイド枠保持シリンダーによる保持状態を示す説明図である。
【図１７】図１７は、環状の弁軸ガイド枠の動きを示す説明図である。
【図１８】図１８は、実施例の設置台の通行筒を示す拡大説明図である。
【図１９】図１９は、実施例の設置台の甲板における通行筒の配置を示す拡大平面図である。
【図２０】図２０は、実施例の受圧板の回転中の姿勢を示す説明図である。
【図２１】図２１は、本発明の海底面設置の設置台の形態の他の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
本発明の設置台としては、図２１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。
【００２２】
本発明の設置台の外形状は楕円形状で、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とする。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、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。
【００２３】
本発明の取付枠は、回転体から設置の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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、取付枠の上端まわりに受圧板が揺動できるものであればよい。
【００２７】
本発明の受圧板の制止手段の代表的手段としては、取付枠の下端部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、又取付枠の上端に設けた上ストッパーで、受圧板をその自由端が水平より僅か低くなる３°〜６°程の受圧板の傾き角度（下げ角度）状態とする。この下ストッパーと上ストッパーの制止手段としては、実施例の構造以外の他の機構も採用できる。
【００２８】
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３°〜６°程の角度範囲に抑えるようにするのがよい。
【００２９】
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程以上必要であり、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。即ち、
Ｘ＝Ｖｓ２＊ｔａｎθ／（ｔ＊９．８＊（１−受圧板の比重／水の比重））
１．３＜Ｘ＜２．７
本実施例では、このＸの不等式を満足する下げ角度θはｔ＝０．１ｍ，Ｖｓ＝０．５ｍ／ｓ，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。
【００３０】
受圧板の比重と水の比が０．９９の場合、受圧板の上限の揺動の角度の下げ角度（以下傾角ともいう）θが４°程が好ましく、３°〜６°の範囲が有効なことを具体的に説明する。
・始動時低流速０．５ｍ／ｓ
・受圧板の単位面積の容積（１．０ｍ×１．０ｍ×０．１ｍ）
・受圧板比重と水の比重との比０．９９
・海水の密度１，０２０ｋｇ／ｍ３
上記の条件で説明する。よく知られた流体力学から、浮力と抗力は下記の値となる。
浮力＝（１．０ｍ×１．０ｍ×０．１ｍ）×（１．００−０．９９）×１，０２０＊９．８＝９．９９６［Ｎ］＝１．０２［ｋｇｆ］
垂直平板の単位面積当りの抗力Ｄは下式の値となる。Ｃｄは垂直平板では２．０となる。
抗力Ｄ＝１／２×１，０２０ｋｇ／ｍ３×Ａ×Ｖ２×Ｃｄ  ［Ｎ］＝２５５  ［Ｎ］＝２６［ｋｇｆ］
この抗力Ｄによる受圧板に作用する下方力はその抗力Ｄのｔａｎθで概算できる。
傾角２°の下方力＝Ｄ×ｔａｎ２°（０．０３）＝０．７８ｋｇｆ
傾角３°の下方力＝Ｄ×ｔａｎ３°（０．０５）＝１．３０ｋｇｆ
傾角４°の下方力＝Ｄ×ｔａｎ４°（０．０７）＝１．８２ｋｇｆ
傾角５°の下方力＝Ｄ×ｔａｎ５°（０．０９）＝２．３７ｋｇｆ
傾角６°の下方力＝Ｄ×ｔａｎ６°（０．１１）＝２．８６ｋｇｆ
傾角７°の下方力＝Ｄ×ｔａｎ７°（０．１２）＝３．１２ｋｇｆ
傾角（下げ角度）θの適切な角度の評価基準は、一つ目は９０°位相で受圧板に働く下方力の方が浮力を余裕をもって上回ること、及び二つ目は位相２７０°位相で受圧板に働く反回転方向の回転トルクが大きくなく、全体として効率的な正回転方向の大きな回転トルクを確保できるようにすることである。
【００３１】
傾角２°の下方力０．７８では、浮力１．０２より低く受圧板が垂直にならない。
傾角３°の下方力１．３０では、浮力１．０２＋回転部抵抗（約１５％）に余裕が少ない。
傾角４°の下方力１．８２では、浮力１．０２＋回転部抵抗（約１５％）に適度の余裕あり、好ましい。
傾角５°の下方力２．３７は余力がありすぎ、位相２７０°前後での反回転方向のトルクが増大する。
傾角６°の下方力２．８６が大きすぎ、反回転方向のトルクが大きく回転しにくい。
傾角７°の下方力３．１２は大きすぎ、反回転方向のトルクが過大で回転しにくく、回転トルクが不足する。
結論として、傾角３°〜６°が上記条件内での最適値と推定される。そして、実用的な範囲は３°〜６°の傾角であり、望ましくは４°±０．５°であることが分る。
３°より低いと、下方力が浮力を上回らず受圧板が回転降下しにくい。
又、６°を超えると、下方力は余裕がありすぎ、反回転方向のトルクを増大させる。全体の回転トルクが小さくなり、発生できる電力量が大巾に低下する。
受圧反対側（回転位相１８０°〜３６０°）では受水板の投影面積が受ける抗力が反回転方向に働き、反回転方向のトルクを増大させる。
【００３２】
本発明では、横に倒した水車の受圧板をフラップ式にする事を、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。制止手段により、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、９０度の制止手段で止まり、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。
【００３３】
次に、潮流方向の変化に対して、特段の機構を必要とせず、フラップ式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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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ることが好ましい。その機構としては、運転中に受圧板の上限の設定の下げ角度θ（３°〜６°程）を０°程の水平に近い小さな角度δに動力を用いて強制的に固定できる強制停止装置を備えれば、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て浮遊状態になり、回転を容易に停止できる。強制停止装置例は、以下の実施例で一例を説明しているが、更にメカニカルストッパーを設けることも有効である。
【００３７】
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。
【００３８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００３９】
（実施例）
図１〜２０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４４０ｔで設置台の浮力が８００ｔ程の２０００ｋＷ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，中段及び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強横フレームとその連結材とよりなる）を取付け、各取付枠の上段と中段の横フレームの上端に横３列の受圧板を２段に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。
【００４０】
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で、中間で内部は仕切られている。
【００４１】
（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２，３，４，５，６に示すように上中下の３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且つエアシリンダー、軸受部の取付アーム、下方ストッパー等が回転ズレがなく強固に取付けられ易くしている。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。
【００４２】
一枚の受圧板は、図７〜９に示すように６．５ｍ×５ｍで最大厚みが０．３ｍ程であり、その先端に共通の枢支軸を熔着して横３列の受圧板を連結し、取付枠の上段横フレーム又は中段横フレームそれぞれに受圧板の枢支軸を回転自在に保持する軸受部を固設して取付けて受圧板をその上端で揺動自在にしている。
そして、図１０〜１３に示すように受圧板の枢支軸に固着した角度規制用のアームを横フレームに向けて突出するように取付け、同アームの角度（受圧板の揺動角度）を横フレームの上面と下面とに取付けた上下一対のエアシリンダーのシリンダーロッドに取付けた加圧片とリンク板とで規制している。受圧板の枢支軸のアームを４°〜９０°回動可能にする発電運転中のモードの「０」モード位置状態と、固定下げ角δとして「４°」にする「１」モード位置状態と、同じく固定下げ角δとして「０°」にする「２」モード位置状態の三つのモード位置に上下のエアシリンダーのシリンダーロッドの進退量で可能にしている。尚、受圧板を「０」モードの垂直の９０°位置に保持するのは、取付枠の中段・下段の横フレームに設けた下ストッパーに当接して９０°以上回転しないようにしている。この上下のエアシリンダーのストローク量を制御するのが取付枠の最上位置に設けた切換弁である。
【００４３】
その切換弁の弁軸の位置を制御するのは、図１５〜１７に示すように固定された設置台又はブラケットの外周上部に１６個放射状に配置されてそのロッドが半径方向に独立して進退できるように設けられたガイド保持エアシリンダーと、１６個のガイド保持エアシリンダーのシリンダーロッドの先端によって吊り下げられて、そのシリンダーロッドの進退で半径が多少変更できる環状で下向きの「コ」字状の断面をもつ弁軸ガイド枠とを用い、前記切換弁の弁軸端に取付けた走行シューを回転体とともに回転させながら非回転の弁軸ガイド枠内に置いて弁軸端の走行シューを弁軸ガイド枠の内面との接触で弁軸端の位置を弁軸ガイド枠のストローク位置で変更できるようにしている。即ち、回転する取付枠に取付けた切換弁の制御を固定された設置台側のガイド保持エアシリンダーのロッド進退制御で可能としている。
【００４４】
上記切換弁は取付枠の最上段に取付られ、各取付枠に１台の切換弁があり、切換弁のエアは上段横フレームと中段横フレームに揺動自在に取付けた受圧板の角度を規制する上段・中段の横フレームに取付けた各エアシリンダーに送られて、それらを制御させている。
【００４５】
上記弁軸ガイド枠は、図１７に示すように最上段の回転体の上方位置で円周方向に１６個配列された円弧状で断面形状が下向きの「コ」字状のガイド本体と、隣り合うガイド本体間をスライドして円周方向の長さが変更できて両端が回転自在にガイド本体端と連結される伸縮鞘継ぎ手構造の中間伸縮ガイド枠とからなっている。設置台の上部に固設された１６個のガイド保持エアシリンダーの２段伸縮のシリンダーロッドの先端が、ガイド枠本体上面と連結されている。
【００４６】
（図面の符号説明）
図中特に図１〜３においてあらわれる符号で、１は長軸方向外径１４ｍ，短軸方向外径１０ｍで高さ１４ｍ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機構Ｄ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。１ｂ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。１ｃ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、１ｄは同ウインドラスで巻きとるアンカーのくさり、１ｅは同くさりの下端に取付けた浮きタンク１ｆを備えたアンカーウエイトである。
【００４７】
図中特に図１，２，１８，１９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，中段及び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，中段，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１，２，３，４，５，６においてあらわれる符号であって、４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と７ｍとに上下に二分割された１４ｍ高さの取付枠、４ａはその上段横フレーム、４ｂはその中段横フレーム、４ｃはその下段横フレーム、４ｄは上・中・下段の横フレームを上下に連結する３列の縦フレーム、４ｅは取付枠４の横フレームを回転体３の側面に固定する取付ボルトである。４ｐは上段横フレーム４ａ，中段横フレーム４ｂそれぞれに横３列の受圧板５の枢支軸６ｃを回転可能に横フレームに保持する軸受部で、４ｑは同軸受部をフレームに溶接で取付ける取付アームである。
【００４９】
又、４ｈ，４ｉ，４ｊは上段・中段・下段の横フレーム４ａ，４ｂ，４ｃに近接して回転体３に設けられた上段・中段・下段の補強横フレームであり、同補強横フレーム４ｈ，４ｉ，４ｊを取付ける回転体の位置に固定ガイド溝２ｂを走行する走行シュー３ｂを取付けた脚部３ａを有している。補強横フレーム４ｈ，４ｉ，４ｊの先端部は横フレーム４ａ，４ｂ，４ｃの先端と近接し、横フレームと補強横フレームと回転体の取付間隔とで三角形状をなし、横フレーム４ａ，４ｂ，４ｃの回転体３との取付を強固にして、水平力・回転トルクに充分に耐える構造となっている。横フレーム４ａ，４ｂ，４ｃと補強横フレーム４ｈ，４ｉ，４ｊとは四本の連結部材４ｍで連結されている。４ｎは中段と下段の横フレーム４ｂ，４ｃの上面に上方に突設するように設けられた下ストッパーであり、上方の受圧板６を垂直の９０°で停止せしめるためのものである。
【００５０】
図中特に図２，３，４にあらわれる符号であって、５は回転体３の回転を設置台１内に伝達する動力出力機構であって、図４中の５ａは設置台１の長軸方向の周端に甲板を貫通する垂直の回転軸、５ｂは同回転軸の軸受部、５ｃは回転軸５ａの軸端に設けた回転盤、５ｄは同回転盤上面に突設したピン、同ピンは回転体３の内側に設けられたラック歯車３ｃと噛合している。図３中の５ｅは回転軸５ａの回転を傘歯車５ｆで水平回転に変向された動力を伝える水平軸、５ｇは左右からの水平軸５ｅの動力を発電機Ｈの回動軸に伝達する傘歯車である。これらで回転伝達機構Ｄが構成されている。
【００５１】
図中特に図７，８，９にあらわれる符号であって、６は取付枠４の上段横フレーム４ａ及び中段横フレーム４ｂに揺動自在に取付けられる３列の受圧板（回転翼）で、各受圧板は巾５ｍ，高さ６．５ｍで、内部に硬質発泡樹脂６ａを充填し、その外表面を厚み１ｍｍのステンレス鋼板６ｂを貼り付けて、受圧板の最大厚みは０．３ｍとしている。この受圧板の比重は０．９９としている。
６ｃは受圧板６の上端に固着した枢支軸、６ｄは枢支軸６ｃに固着して横フレームの方へ突設した回転角度制限用のアーム、６ｈは受圧板の自由端に設けた切欠で接触防止のためのものである。又、内部の長手方向に向って翼桁６ｇが設けられている。
【００５２】
図中特に図９にあらわれる符号であって、７は受圧板６の枢支軸６ｃの軸受部４ｂの取付機構で、上段又は中段の横フレーム４ａ，４ｂの下面からの取付アーム４ｑで軸受部４ｐは支持されている。同軸受部４ｐは、上軸受部４ｐ１と下軸受部４ｐ２とからなり、複数のボルト４ｐ３で連結されて枢支軸６ｃを回転自在に軸支している。
【００５３】
図１０〜１３において、受圧板６の４°〜９０°に揺動を制限する制止手段Ｓ及び点検又は補修の為に回転体３・取付枠４と受圧板６の回転を強制停止させる強制停止装置Ｔを示している。この実施例では各横フレーム４ａ，４ｂの上下に設けたエアシリンダー７ａ，７ｂによって受圧板６のアーム６ｄを角度規制している。そのエアシリンダー７ａ，７ｂの制御を行うものとして、図１５〜１７に示すようにエアーの切換弁９とその切換弁９の弁軸９ａのストローク位置をコントロールする弁軸ガイド枠１０を最上段の回転体３の上方に配置し、設置台１とブラケット２ａに設けた１６個のガイド保持エアシリンダー１１を進退して動かして、その弁軸ガイド枠１０の位置制御することで切換弁９を制御している。
【００５４】
図中特に図１１に示すように、受圧板６のアーム６ｄを規制するエアシリンダー７ａ，７ｂは上段・中段の各横フレーム４ａ，４ｂの上面及び下面に取付けられている。上方のエアシリンダー７ａは、発電運転中の「０」モード位置状態（図１１（ａ）参照）、固定下げ角度δ＝４°での４°固定モード位置状態（図１１（ｂ）参照）、δ＝０°での固定モード位置状態（図１１（ｃ）参照）にするように、０段，１段，２段と三段階に半径方向に進退するようになっている。各エアシリンダー７ａのシリンダーロッド７ａ１はロッドガイド７ａ２によって中間支持され、そのシリンダーロッド７ａ１の先端に下向きの加圧片８を設けていて、同加圧片８の下端は段差部８ａを設けている。この段差部８ａがアーム６ｄと接触しないのがもっとも収縮した「０」モード位置（図１１（ａ）参照）であり、段差部８ａがアーム６ｄの先端と係合した位置が固定下げ角度δ＝４°の「１」モード位置（図１１（ｂ）参照）であり、更に最もロッドが伸長すると加圧片６の下端がアーム６ｄの上面と当るのが固定下げ角度δ＝０°の「２」モード位置（図１１（ｃ）参照）となっている。
【００５５】
一方、下方のエアシリンダー７ｂのシリンダーロッド７ｂ１の先端には、取付アーム４ｇで中間を枢着したリンク板７ｂ２，７ｂ３が取付けられ、リンク板７ｂ３の上端が垂直に近い角度でアーム６ｄの下面と当接することで、４°に受圧板６を傾けて下げ角度θ＝４°を可能とする（図１１（ａ）参照）。「０」モード及び「１」モードではリンク板７ｂ３と上位の加圧片８によって、４°固定又は０°固定するように、アーム６ｄを規制している（図１１（ｂ），（ｃ）参照）。
リンク板７ｂ３を横フレーム側へ傾けると、アーム６ｄは０°の水平に保持され、「２」モードの位置になる。
このように、上下のエアシリンダー７ａ，７ｂは同期して制御され、「０」モード位置ではアーム６ｄは下方のリンク板７ｂで下げ角４°より水平に近づかないようになり、受圧板６は４°〜９０°の揺動可能となる。「１」モード位置ではアーム６ｄは４°で固定され、「２」モード位置ではアーム６ｄは０°で固定される。このエアシリンダー７ａ，７ｂの同期のエア制御は、切換弁９によってなされる。
【００５６】
切換弁９の制御は、図１５〜１７に示すように、設置台１の外周又は固定ガイドフレーム２の内側のブラケット２ａに放射状に設けた１６個のガイド保持エアシリンダー１１のシリンダーロッド先端に吊り下げた弁軸ガイド枠１０を半径方向に動かして、弁軸ガイド枠１０の半径方向の位置を変えることでなされる。ガイド保持エアシリンダー１１は半径方向に３段階に伸長できる。しかも、弁軸ガイド枠１０は円周方向に１６区分され、各区分はガイド枠１０ａと、隣接するガイド枠１０ａとを円周方向に伸縮自在で枢着された伸縮鞘継ぎ手の構造の中間伸縮ガイド枠１０ｂを有し、半径方向に径の長さを変更でき、円周長さも変えられるようになっている。更に、円周途中で斜めにもできる構造を有している。かかる弁軸ガイド枠１０は１６個のガイド保持エアシリンダー１１で吊り下げるように設置台の最上位の回転体３上方に支持されている。
【００５７】
一方、取付枠４と回転体３上にはエアタンク１２の高圧エアをエアシリンダー７ａ，７ｂへ送る途中に、エア路の切換えを「０」，「１」，「２」のモード位置に切換える切換弁９を取付けていて、その弁軸９ａの弁軸端に走行シュー９ｂを取付け、同走行シュー９ｂは上記の弁軸ガイド枠１０内に拘束され、その枠と接触して切換弁９の弁軸９ａのストローク位置は弁軸ガイド枠１０の進退位置「０」，「１」，「２」モード位置に設置側のガイド保持シリンダー１１の作動で制御される。弁軸ガイド枠１０が最も内側にあるのが「０」モードで、最も外側にあるのが「２」モードで、中間にあるのが「１」モードである。このガイド保持シリンダー１１の制御は設置台１内の中空室の制御盤Ｂによってコントロールされる。更に、この制御盤Ｂは遠方よりリモートコントロールできるようになっている。
【００５８】
（実施例の動作説明）
本実施例１のフラップ式受圧板６に僅かな浮力（受圧板の比重と水の比重の比を０．９９）を持たせたことで、潮流の流速が小さい場合又は流れがない場合は、この浮力により受圧板６は水平となる方向に回動される。一方、潮流の流速が小さい場合でその作用流圧は小さく、浮力の方がまだ大きい場合、図１０，図１１（ａ）及び図１２の実線で示すように、その自由端が少し上方向に浮くように（傾くように）なる。尚、浮力の方が大きい場合は受圧板６はアーム６ｄがリンク板７ｂ３で制動されて水平から４°の下げ角度θの状態に保持される。この下げ角度θに保持されている状態は、図２０の２７０°回転位相前後の状態である。この状態は潮流からの受圧力が最も少ない状態であり、受圧板６による回転体３の回転トルクはほとんど発生しない。
次に、潮流の流速が大きくなると、受圧力が流速の自乗で大きくなって受圧板６の状態は、図１２の二点破線、図１３及び図２０に示すように垂直となる。即ち、受圧板６の回転位相が０°→４５°になると、傾いた受圧板６の上面に潮流が流れて、受圧板６を下方へ押し、その水圧力が浮力及び受圧板６の旋回による持ち上げの水圧力（揚力）に勝って、受圧板６を徐々に下方へ押し下げて受圧板６を鉛直方向に回動させる。図１２一点鎖線，図１３実線に示すように、受圧板６が９０°の回転位相では下方ストッパー４ｎによって制動されて略鉛直状態を保持される。この回転位相（６０°〜１５０°）の間受圧板６は潮流を大略直角に受けて、強い力と回転トルクを取付枠４，回転体３に与え、これらを時計方向（正回転方向）に回動させる。
受圧板６の回転位相１８０°近くでは、受圧板６は潮力の流速によって揚力を発生し、浮力と併せて受圧板６は水平状態に近くなり、回転位相２７０°では図１０に示すように、リンク板７ｂ３がアーム６ｄを係止し、水平から４°下向きに保持された略水平状態となる。この状態では受圧板６は潮流の流れと略平行になって、受圧板６の回転に対する水の抵抗は最小となり、９０°前後の回転位相での強い力とその回転トルクによって受圧板６、回転体３は時計方向（正回転方向）に確実に回転できるものとなる。
【００５９】
上記の実施例の発電装置の流水水槽での実験では、流速が低い０〜０．３ｍ／ｓでは、受圧板６は全て略水平状態であり、回転体３は回転しなかった。又、流速が０．４ｍ／ｓで受圧板６は９０°回転位相で鉛直方向になって、回転体３，受圧板６は回転始めた。
【００６０】
受圧板６は回転位相４５°〜１３５°で垂直になるか垂直近くに傾斜状態にあり、そして回転位相２２５°〜３１５°付近では下げ角度θ＝４°になるか、それに近い角度で略水平状態となる。その中間位相では受圧板６は傾いた浮遊状態となる。
これによって、受圧板６は回転位相４５°〜１３５°で潮流の水流を略直角に受け、潮流から強い水圧力を受け、大きな回転トルクを発生する。回転位相２２５°〜３１５°では水流からの抗力はきわめて小さく、受圧板６の回転を阻害する力、反回転トルクの発生はきわめて弱い。
よって、回転体３の受圧板６は確実に正回転方向に回転できるものとなる。
【００６１】
回転体３の回転は図２，３，４に示すように、その上段の回転体３の内側に設けたラック歯車３ｃが設置台１の長軸側の甲板の周端から突出させた回転軸５ａの上端に取付けた回転盤５ｃの８本のピン５ｄと噛合して、回転体３の旋回（回転）とともに回転軸５ａを回転させる。回転軸５ａの回転速度は回転盤５ｃの半径と回転体のラック歯車３ｃの半径の比で回転体３の回転速度を増速するように回転される。
この回転軸５ａの回転力は傘歯車５ｆ，水平軸５ｅ，傘歯車５ｇを介して発電機Ｈの回動軸を回転させる。
発電機Ｈの発電された電源は配電装置Ｃ，トランスによって送電線（図示せず）で陸上側に送電している。
【００６２】
その出力発電量の計算は下記の概算となる。
受圧板６の流水抗力は流体力学で知られた下式の１式より求めた。
流体力学の一般公式：抗力＝１／２×流体密度×Ａ×Ｖ２×Ｃｄ［Ｎ］・・・１式
流体密度１，０２０ｋｇ／ｍ３，Ａ：受圧面積２１０ｍ２，Ｖ：流速１．０ｍ／ｓ
Ｃｄ：抗力係数は垂直平板で２．０であり、又力の単位は１ｋｇｆ＝９．８［Ｎ］とした。
すると、抗力は２１，８６０［ｋｇ・ｆ］で、この値に１５ｍを乗じた回転トルクは３２８，０００ｋｇｆ・ｍとなる。
【００６３】
受圧板６が上記流水抗力で回転始めて回転数が増加していくが、それに従って受圧板に対する流体の相対速度も低下することで、一定回転数の定回転数の状態になってくる。その回転数ｎは回転体３に作用する発電機Ｈの負荷（発電量）の値によって変化する。発電量が０で無負荷に近い場合は、受圧板６は潮流の流速に近い周速度で回転する。
従って、無負荷の場合は潮流流速の約１ｍ／ｓ程の速度でもって受圧板の受圧板中心は回転する。無負荷の場合の受圧板６（回転体３）の回転数ｎはその受圧板中心の回転中心からの距離が約１５ｍであるので、回転数ｎは０．０６６７（ｒａｄ／ｓ）又は０．６３７（ｒｐｍ）程となる。
【００６４】
次に、この発電装置を用い、受圧板６（回転体３）の連続回転で発電機Ｈに２０００ｋＷの負荷を与えるとする。負荷の２０００ｋＷの仕事率によって、受圧板の受圧中心の回転周速度は潮流の流速（１ｍ／ｓ）よりかなり低くなる。そのため、１枚の受圧板６の発生する流水抗力及び回転トルクもかなり低下するが、受圧板６は４５°毎に放射状に取付けられ、前後の２組の受圧板の流水抗力及び回転トルクを考慮すると、大略始動時の上記値の流水抗力Ｆと回転トルクＴが達成できる。それで２０００ｋＷ発電の発電機Ｈに必要な回転数Ｎを計算すると下記のようになる。
【００６５】
又、仕事率の単位Ｗ（ワット）と、ｍ・ｋｇｆ／ｓとの単位の関係としては下記の２式〜４式の公式が知られている。
１ｐｓ＝７５ｍ・ｋｇｆ／ｓ＝７３５．５Ｗ・・・２式
１Ｗ＝７５／７３５．５ｍ・ｋｇｆ／ｓ・・・・・３式
＝０．１０２０ｍ・ｋｇｆ／ｓ・・・・・・・４式
【００６６】
上記３式から２０００ｋＷ＝７５／７３５．５＊２＊１０６［ｍ・ｋｇｆ／ｓ］・・・５式
となる。
次に、上記回転トルクとして３２８，０００ｋｇｆ・ｍでもって発電機Ｈに、２０００ｋＷの仕事率を発生させるに必要な発電機Ｈの回転軸の回転数をＮ（ｒａｄ／ｓ）を計算する。
２０００ｋＷ出力する受圧板の仕事率
＝Ｎ（ｒａｄ／ｓ）＊Ｔ（回転トルク：ｋｇｆ・ｍ）
＝２０００ｋＷ＝２＊１０６Ｗ
＝７５／７３５．５＊２＊１０６［ｍ・ｋｇｆ／ｓ］・・・５式から
従って、回転数Ｎ（ｒａｄ／ｓ）の値は
Ｎ＝２＊７５×１０６／７３５．５／Ｔ・・・６式
となる。
Ｔ（回転トルク／ｋｇｆ・ｍ）＝３２８，０００ｋｇｆ・ｍとし、始動時の回転トルクを代入すれば、
Ｎ＝２＊７５＊１０６／７３５．５／３２８，０００（ｒａｄ／ｓ）
＝０．６２２（ｒａｄ／ｓ）
従って、前記無負荷時の受圧板６（回転体３）の回転数ｎと２０００ｋＷ出力に必要な連続運転時の発電機７の回転軸の回転数Ｎとの比は下記の通りとなる。
（ｒａｄ／ｓ）とＮ（ｒａｄ／ｓ）の比は
増速比＝Ｎ（ｒａｄ／ｓ）／ｎ（ｒａｄ／ｓ）＝０．６２２／０．０６６７＝９．３≒１０
となる。
【００６７】
このように、この実施例の発電装置では２０００ｋＷ出力の連続運転の為に、回転伝達機構Ｄの増速比は約１０倍以上必要となる。
ここでピニオンの半径すなわち発電機Ｈ側の回転盤５ｃを０．７ｍにすると、ラック歯車の半径を７．０ｍとすれば１０倍の増速比が達成される。１０倍以上の増速比にするには、回転盤５ｃの半径を小さくするか、その途中に増速の平ギアーを設ければ容易にできる。このことは十分実現可能であることが分る。
【００６８】
上記計算は、受圧板が停止状態から始動して潮流の１ｍ／ｓに近い周速度で回転する無負荷時及び２０００ｋＷ出力の負荷を与えての連続回転時の概算の計算である。連続回転の時は受圧板が受ける相対流速は受圧板の回転速度を考慮するので、相対流速は潮流の流速よりかなり低くなる。これを補償するため増速機構を更に増設する。又、受圧板６の回転力は４５°毎の８組中のうち、３組の受圧板のうち強く抗力を受ける３組の受圧板の合計とするので必要回転トルクが確保され連続回転が可能であり、又その発電量も維持できるものである。
【００６９】
取付枠４の流水抵抗を低減するため、１５０ＡＳＵＳ管を楕円形状に圧縮加工する。圧縮後横方向の断面係数は少し増加するので強度も増加する。更に安全係数を増すため、適切なリブ材等を施すこともできる。
【００７０】
（受圧板の寸法の設定）
目標発電量と受圧板６（水車とみなす）の大きさを潮流の流速に応じて自在に設定される。
設定する海域の潮流を予め測定して、得られる潮流の流速よりかなり低い流速で発生可能の如く、受圧板面積等を余裕をもたせて設計する。
【００７１】
図２１に示す他の実施例は上記実施例の発電装置を水深約３２ｍの海底地盤上のコンクリート台座に設置され、２０００ｋＷ発電出力の例である。設置台内部構造・固定ガイドフレーム・回転体・取付枠・受圧板等の構造は前記実施例と同じものである。設置台１の海中での固定方法を異にするだけのものである。
【００７２】
本実施例の走行シュー３ｂ，９ｂには、車輪又はローラーで代用してもよい。又、海水に浸るエアシリンダー７ａ，７ｂ、切換弁９，ガイド枠保持エアシリンダー１１，ウインドグラス１ｃ，軸受部４ｐ，５ｂ，ロッドガイド７ａ２，エアタンク１２等の機器には、耐水・耐蝕に優れたものが採用される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、主に海底の潮流エネルギーによる発電を主とするが、大きな河川の流れがある河床に設置して発電させることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ    空調装置
Ｂ    制御盤
Ｃ    配電装置
Ｄ    回転伝達機構
Ｇ    実施例の発電装置
Ｈ    発電機
Ｓ    制止手段
Ｔ    強制停止装置
１    設置台
１ａ    隔壁
１ｂ    通行筒
１ｃ    ウインドラス
１ｄ    くさり
１ｅ    アンカーウエイト
１ｆ    浮きタンク
２    固定ガイドフレーム（上，中，下段）
２ａ    ブラケット
２ｂ    ガイド溝
３    回転体（上，中，下段）
３ａ    脚部
３ｂ    走行シュー
３ｃ    ラック歯車
４    取付枠
４ａ    上段横フレーム
４ｂ    中段横フレーム
４ｃ    下段横フレーム
４ｄ    縦フレーム
４ｅ    取付ボルト
４ｇ    支持部材
４ｈ，４ｉ，４ｊ    補強横フレーム
４ｍ    連結部材
４ｎ    下ストッパー
４ｐ    軸受部
４ｐ１    上軸受部
４ｐ２    下軸受部
４ｐ３    ボルト
４ｑ    取付アーム
５    動力出力機構
５ａ    回転軸
５ｂ    軸受部
５ｃ    回転盤
５ｄ    ピン
５ｅ    水平軸
５ｆ    傘歯車
５ｇ    傘歯車
６    受圧板
６ａ    硬質発泡樹脂
６ｂ    ステンレス鋼板
６ｃ    枢支軸
６ｄ    アーム
６ｅ    ボルト
６ｇ    翼桁
６ｈ    切欠
７ａ    エアシリンダー
７ａ１    シリンダーロッド
７ａ２    ロッドガイド
７ｂ    エアシリンダー
７ｂ１    シリンダーロッド
７ｂ２    リンク板
７ｂ３    リンク板
８    加圧片
８ａ    段差部
９    切換弁
９ａ    弁軸
９ｂ    走行シュー
１０    弁軸ガイド枠
１０ａ    ガイド本体
１０ｂ    中間伸縮ガイド枠
１１    ガイド枠保持エアシリンダー
１１ａ    シリンダーロッド
１２    エアタンク
１３    制御盤
【要約】
【課題】  潮流・水流の流れの方向が変化しても、自動的に対応して安定した発電ができ、しかも構造機構がシンプルで耐久性があり、水流の流れを乱すことが少なくして流体のエネルギーを効率的に電気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。
【解決手段】  海底面に固定された楕円外形状の設置台の外側に環状の固定ガイドフレームを取付け、同固定ガイドフレームに沿って回転体を回転自在に取付け、同回転体の外周から複数組の取付枠を放射状に取付け、同取付枠の上辺位置に平板状で海水比重より僅か小さく軽く、浮力を生じさせる受圧板を回動自在に枢着し、しかも同受圧板の下げ角度θを水平から少し下方の４°から略鉛直の９０°の角度範囲に回転を制動するストッパー機構を設け、回転体の回転を増速して発電機を回動させる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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