(57)【要約】【課題】強い水流に耐えることができる十分な強度を持った発電装置を提供する。【解決手段】第１ベルト１表面の軸１２において回動自在に支持された流水受容体１１が流水を受けて立ち上がった状態になるとき、第１ベルト１と同一速度で平行に走行する第２ベルト２の表面に設けられたストッパ２１によって、流水受容体１１の回動が規制される。これにより、流水受容体１１に加えられる流水の押圧力が軸１２を介して第１ベルト１に伝わるとともに、ストッパ２１を介して第２ベルト２にも伝わる。従って、軸１２のみで流水受容体１１を支える場合に比べて軸１２に加わる力を低減させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回可能に張られた第１ベルトと、
前記第１ベルトと平行に走行する区間を持つように周回可能に張られた第２ベルトと、
前記第１ベルトの表面に離間して設けられ、前記第１ベルトの走行方向と平行に流れる流体を受容可能な面を持ち、前記第１ベルトの走行方向と垂直な軸において回動自在に支持された複数の流体受容体と、
前記第２ベルトの表面に離間して設けられ、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間において、前記複数の流体受容体の回動をそれぞれ規制するように前記第２ベルトの表面から突出する複数のストッパと、
前記第１ベルト及び前記第２ベルトの周回運動に基づいて発電を行う発電部と
を有する発電装置。
【請求項２】
前記第１ベルトの周回運動に連動して回転する第１回転軸と、
前記第２ベルトの周回運動に連動して回転する第２回転軸と、
前記第１ベルトと前記第２ベルトとが同一速度で走行するように前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転を連動させる連動部と
を有する、
請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転の連動を解除する解除部と、
入力される停止指令に応じて前記回転の連動が解除されるように前記解除部を制御する制御部と
を有する、
請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間における前記流体受容体と前記ストッパとの相対的位置関係が変化するように前記第１ベルト若しくは前記第２ベルトを駆動する駆動部を有し、
前記制御部は、入力される第１の運転再開指令に応じて、前記第１ベルト若しくは前記第２ベルトを駆動するように前記駆動部を制御し、前記ストッパが前記流体受容体の回動を規制可能な位置に至ると、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転が連動するように前記解除部を制御し、前記駆動部の負荷がしきい値より小さくなると駆動を停止するように前記駆動部を制御する、
請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記制御部は、入力される第２の運転再開指令に応じて、前記第１ベルト若しくは前記第２ベルトを前記第１の運転再開指令の場合とは逆方向へ駆動するように前記駆動部を制御し、前記ストッパが前記流体受容体の回動を規制可能な位置に至ると、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転が連動するように前記解除部を制御し、前記駆動部の負荷がしきい値より小さくなると駆動を停止するように前記駆動部を制御する、
請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記ストッパは、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間とは逆向きに前記第２ベルトが走行する区間において、その逆向きの走行方向の前方から後方に向かって前記第２ベルトの表面から徐々に立ち上がるように形成された斜面を有する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば海や川の水力など、流体のエネルギーを利用して発電を行う発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に水力発電では、高所にあるダム等に貯められた水を低所へ流すことにより、勢いのある水の流れを作り出す。この水流を受けて水車が回転し、水車の回転軸に連結された発電機が電気エネルギーを発生する。【０００３】
他方、下記の特許文献１には、タービン式の発電装置が記載されている。この発電装置は、前方の開口部から後方の開口部へ水の流れ導くように形成された筒状のケースを有しており、そのケース内部に設けられたタービンが回転することで発電を行う。
【特許文献１】特開２００１―１３２６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水車を回転させて発電を行う従来の発電装置では、水のエネルギーを効率良く電力へ変換するために大型の水車が必要になるという問題がある。
また、水中でタービンを回転させる特許文献１の方式では、タービンの翼を水中に沈める必要があるため、ある程度の水深が必要であり、設置場所が限られてしまうという問題がある。加えて、水流の勢いが増した場合、タービンの回転速度がその強度や耐久性能を超えてしまうことも予想される。【０００５】
そこで、本願出願人は、特願２００７−８０３３４号の明細書において、回転ベルト式の発電装置を開示した。この発電装置は、周回可能に張られたベルトと、このベルトの表面に立てられた複数の抵抗板を有する。水流が抵抗板を押すことでベルトが走行し、その周回運動に基づいて発電が行われる。水流の方向に沿って複数の抵抗板を並べる本発電装置の構造は、円形の水車を用いる構造に比べて効率よく水の流れを回転運動に変換できる。【０００６】
また、抵抗板は、ベルトの走行方向と垂直な軸において０〜９０度の範囲で回動自在に支持されている。抵抗板は、水流と同じ方向に進む区間においては、ベルトの表面に対して垂直に立った状態となり、水流と逆方向に進む区間においては、ベルトの表面に対して倒れた状態になる。そのため、この発電装置は、水上のみならず水中においても使用可能であり、海や河川、水路などの様々な場所に設置できる。【０００７】
しかしながら、上述した回転ベルト式の発電装置では、ベルトの表面に抵抗板を支持する手段が、抵抗板の回転角を０〜９０度に制限する手段も兼ねている。抵抗板の一辺のみが支持されており、その反対側の辺は何にも支持されていない。そのため、水流に抗して抵抗板の姿勢を垂直に保つとき、その姿勢を支える部分には強い力が加わる。一辺のみで抵抗板を支える上記の方式では、強い水流に耐える十分な強度を得るのが困難である。【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、強い水流に耐えることができる十分な強度を持った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】
【０００９】
本発明に係る発電装置は、周回可能に張られた第１ベルトと、前記第１ベルトと平行に走行する区間を持つように周回可能に張られた第２ベルトと、前記第１ベルトの表面に離間して設けられ、前記第１ベルトの走行方向と平行に流れる流体を受容可能な面を持ち、前記第１ベルトの走行方向と垂直な軸において回動自在に支持された複数の流体受容体と、前記第２ベルトの表面に離間して設けられ、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間において、前記複数の流体受容体の回動をそれぞれ規制するように前記第２ベルトの表面から突出する複数のストッパと、前記第１ベルト及び前記第２ベルトの周回運動に基づいて発電を行う発電部とを有する。【００１０】
上記発電装置によれば、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間において、前記第１ベルトに設けられた前記流水受容体により水流が受容され、前記水流受容体が当該水流と垂直な軸において回動する。ところが、前記流水受容体の回動は、前記第２ベルトの表面から突出した前記ストッパによって規制される。その結果、前記流水受容体の回動を規制する力の反作用として、前記区間において前記第１ベルトと前記第２ベルトを同一方向に押す力が働く。【００１１】
好適に、上記発電装置は、前記第１ベルトの周回運動に連動して回転する第１回転軸と、前記第２ベルトの周回運動に連動して回転する第２回転軸と、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが同一速度で走行するように前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転を連動させる連動部とを有してよい。
上記の構成によれば、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが同一速度で走行することにより、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間において前記流水受容体と前記ストッパとの相対的位置関係が維持される。【００１２】
好適に、上記発電装置は、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転の連動を解除する解除部と、入力される停止指令に応じて前記回転の連動が解除されるように前記解除部を制御する制御部とを有してよい。【００１３】
好適に、上記発電装置は、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間における前記流体受容体と前記ストッパとの相対的位置関係が変化するように前記第１ベルト若しくは前記第２ベルトを駆動する駆動部を有してよい。前記制御部は、入力される第１の運転再開指令に応じて、前記第１ベルト若しくは前記第２ベルトを駆動するように前記駆動部を制御し、前記ストッパが前記流体受容体の回動を規制可能な位置に至ると、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転が連動するように前記解除部を制御し、前記駆動部の負荷がしきい値より小さくなると駆動を停止するように前記駆動部を制御してよい。【００１４】
好適に、前記制御部は、入力される第２の運転再開指令に応じて、前記第１ベルト若しくは前記第２ベルトを前記第１の運転再開指令の場合とは逆方向へ駆動するように前記駆動部を制御し、前記ストッパが前記流体受容体の回動を規制可能な位置に至ると、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の回転が連動するように前記解除部を制御し、前記駆動部の負荷がしきい値より小さくなると駆動を停止するように前記駆動部を制御してよい。【００１５】
好適に、前記ストッパは、前記第１ベルトと前記第２ベルトとが平行に走行する前記区間とは逆向きに前記第２ベルトが走行する区間において、その逆向きの走行方向の前方から後方に向かって前記第２ベルトの表面から徐々に立ち上がるように形成された斜面を有してよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、強い水流に耐えることができる十分な強度を持った発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態に係る水力発電装置の外観の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す水力発電装置の一部を切り欠いてその内部の構造を図解した図である。
【図３】図３は、図１に示す水力発電装置の各構成要素を図解した分解図である。
【図４】図４は、ストッパによって流水受容体の回動が規制される状態を図解した図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る水力発電装置の制御系の構成例を示す図である。
【図６】図６は、発電を停止する際の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、流水受容体がストッパによって規制されずに回動する状態を図解した図である。
【図８】図８は、発電を再開する際の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、図４の場合と逆向きの水流において、ストッパにより流水受容体の回動が規制される状態を図解した図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る水力発電装置において第２ベルトに形成されるストッパの例を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１…第１ベルト、１１…流水受容体、１２…流水受容体の回転軸、２…第２ベルト、２１…ストッパ、３…チェーン、４…増速ギヤ部、５１，５２，６１，６２…ローラ、７１〜７８…軸受部、８…フレーム、９…クラッチ、１０，１４，１７，１８…ギヤ、１６…発電機、１５…結合部、１０１…電力変換部、１０２，１０３…検出部、１０４…制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る水力発電装置の外観の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す水力発電装置の一部を切り欠いてその内部の構造を図解した図である。図３は、図１に示す水力発電装置の各構成要素を図解した分解図である。
図１〜図３に示す水力発電装置は、第１ベルト１と、流水受容体１１と、第２ベルト２と、ストッパ２１と、チェーン３と、増速ギヤ部４と、ローラ５１，５２，６１，６２と、軸受部７１〜７８と、フレーム８と、ギヤ１０，１４，１７，１８と、発電機１６と、結合部１５を有する。
第１ベルト１は、本発明における第１ベルトの一例である。
第２ベルト２は、本発明における第２ベルトの一例である。
流水受容体１１は、本発明における流体受容体の一例である。
ストッパ２１は、本発明におけるストッパの一例である。
ローラ５２は、本発明における第１回転軸の一例である。
ローラ６２は、本発明における第２回転軸の一例である。
ギヤ１０及び１４を含むブロックは、本発明における連動部の一例である。【００２０】
第１ベルト１は、ローラ５１及び５２によって周回可能に張られ、第２ベルト２は、ローラ６１，６２によって周回可能に張られる。ローラ５１，６１は水流の上流側、ローラ５２，６２は水流の下流側に配置される。【００２１】
ローラ５１，５２，６１，６２の両端には、それぞれ小径の軸が突き出ている。この小径の軸が、フレーム８に固定された軸受部７１〜７８によって回動自在に支持される。ローラ５１の両端は、軸受部７１，７５によって支持される。ローラ５２の両端は、軸受部７３，７７によって支持される。ローラ６１の両端は、軸受部７２，７６によって支持される。ローラ６２の両端は、軸受部７４，７８によって支持される。【００２２】
軸受部７１〜７８は、ローラ５１及び５２の回転軸を通り当該回転軸に対して垂直な直線と、ローラ６１及び６２の回転軸を通り当該回転軸に対して垂直な直線とが互いに平行になるように、フレーム８上に配置されている。これにより、図１に示すように、第１ベルト１と第２ベルトが互いに平行に走行する区間が形成される。【００２３】
第１ベルト１の表面には、複数の流水受容体１１が離間して設けられる。流水受容体１１は、第１ベルト１の長手方向に沿って等間隔に配設される。流水受容体１１は、第１ベルト１の走行方向と平行に流れる水を受容可能な面を持っている。また、流水受容体１１は、第１ベルト１の走行方向と垂直な軸１２（図４参照）において回動自在に支持される。流水受容体１１は、例えば図１に示すように、第１ベルト１の走行方向に対して垂直な面を持つ矩形の板状の形状を有しており、その一辺が第１ベルト１の表面に回動自在に軸支される。【００２４】
第２ベルト２の表面には、複数のストッパ２１が離間して設けられる。ストッパ２１は、第２ベルト２の周回軌道の外側へ向けて突出している。第１ベルト１と第２ベルト２とが平行に走行する区間において、ストッパ２１が流水受容体１１の回動を規制する。すなわち、水流に押された流水受容体１１が第１ベルト１の表面から起き上がるとき、ストッパ２１は流水受容体１１の端部に当接して、流水受容体１１がそれ以上回動しないようにする。【００２５】
ローラ５２の軸には比較的大径のギヤ１０が固定され、ローラ６２の軸には比較的小径のギヤ１４が固定される。ギヤ１０とギヤ１４は互いに噛み合う。一方のギヤが回転すると、これに連動して他方のギヤも回転し、これにより第１ベルト１と第２ベルト２が連動して周回運動する。ギヤ１０とギヤ１４が逆に回転するため、第１ベルト１と第２ベルト２が平行に走行する区間では、両者の走行方向が一致する。ギヤ１０とギヤ１４の径は、第１ベルト１と第２ベルト２が同一速度で走行するように、ローラ５２及び６２の径に応じて設定される。【００２６】
ローラ６１の軸にはギヤ１７が固定され、増速ギヤ部４の入力側回転軸にはギヤ１８が固定される。ギヤ１７及び１８は、チェーン３を介して繋がれる。ローラ６１が回転すると、その回転がチェーン３を介して増速ギヤ部４に伝達される。増速ギヤ部４は、入力側回転軸の回転速度を増して出力側回転軸に伝える。出力側回転軸の回転が、結合部１５を介して発電機１６に伝達される。発電機１６は、伝達された回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。【００２７】
図４は、ストッパ２１によって流水受容体１１の回動が規制される状態を図解した図である。
第１ベルト１と第２ベルト２は、例えば図４に示すように、流水受容体１１の回転半径より若干長い距離をもって離間するように配置される。また、第１ベルト１と第２ベルト２の相対的な位置関係は、流水受容体１１が第１ベルト１の表面に対してほぼ垂直に立つ状態で流水受容体１１の端部とストッパ２１とが当接するように設定されている。【００２８】
第１ベルト１と第２ベルト２が平行に走行する区間において、この走行方向と平行に流れる水流が流水受容体１１に当たり、水流の押圧力を受けた流水受容体１１が軸１２において回転する。流水受容体１１は、第２ベルト２のストッパ２１に当接することによってその回動が規制され、第１ベルトの表面に対してほぼ垂直に立った状態に保持される。流水受容体１１には、走行方向と平行に流れる水流がほぼ垂直に当たる。この水流の押圧力によって、第１ベルト１及び第２ベルト２が周回運動を行う。第１ベルト１と第２ベルト２はギヤ１０及び１４によって同一速度で走行するため、第１ベルト１と第２ベルト２が平行に走行する区間において、流水受容体１１はストッパ２１に当接した状態を維持したまま走行する。このとき、流水受容体１１は流水によって持続的に強い押圧力を加えられる。【００２９】
一方、第１ベルト１が水流と逆方向に走行する区間において、流水受容体１１はストッパ２１と当接しない。そのため、流水受容体１１は、この区間において流水に当たると、その押圧力を受けて第１ベルト１の表面に倒れ、水流からの負荷が軽い状態になる。流水受容体１１は、この軽負荷の状態を維持したまま、水流と逆方向に走行する。【００３０】
以上述べたように、本実施形態に係る水力発電装置によれば、第１ベルト１表面の軸１２において回動自在に支持された流水受容体１１が流水を受けて立ち上がった状態になるとき、第１ベルト１と同一速度で平行に走行する第２ベルト２の表面に設けられたストッパ２１によって、流水受容体１１の回動が規制される。これにより、流水受容体１１に加えられる流水の押圧力が軸１２を介して第１ベルト１に伝わるとともに、ストッパ２１を介して第２ベルト２にも伝わる。従って、軸１２のみで流水受容体１１を支える場合に比べて軸１２に加わる力を低減させることができ、流水の押圧力に対する強度や耐久性を高めることができる。【００３１】
また、本実施形態に係る水力発電装置によれば、第１ベルト１が水流と逆方向に走行する区間において、流水受容体１１がストッパ２１と当接せずに第１ベルト１の表面に倒れ、水流からの負荷が軽い状態になる。そのため、本実施形態に係る水力発電装置は、第１ベルト１全体を水中に沈めた状態でも、流水の力を効率的にベルト１，２の周回運動へ変換できる。すなわち、本実施形態に係る水力発電装置は水上でも水中でも使用可能である。【００３２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る水力発電装置は、制御指令に応じて水力発電の運転状態を切り替える。【００３３】
図５は、第２の実施形態に係る水力発電装置の制御系の構成例を示す図であり、図５と図１の同一符号は同一の構成要素を示す。本実施形態に係る水力発電装置は、図１に示す水力発電装置と同様な構成を有するとともに、クラッチ９と、電力変換部１０１と、検出部１０２，１０３と、制御部１０４を有する。
クラッチ９は、本発明における解除部の一例である。
制御部１０４は、本発明における制御部の一例である。
発電機１６は、本発明における駆動部の一例である。【００３４】
クラッチ９は、制御部１０４から入力される制御信号に応じて、ローラ５２とローラ６２との連動を解除させたり再び連動させたりするための機構であり、図５の例では、ローラ６２の回転軸とギヤ１４との間に介在して両者の結合をオン又はオフする。【００３５】
電力変換部１０１は、発電機１６において発電された電力を所定の形式の電力に変換して送電ラインＬ１に出力する。例えば、送電ラインＬ１が交流系統に接続されている場合、電力変換部１０１は発電機１６において発電された電力を所定の周波数と所定の電圧振幅を持った交流に変換して送電ラインＬ１に出力する。送電ラインＬ１がキャパシタ等の蓄電装置に接続されている場合、電力変換部１０１は、発電機１６において発電された電力を所定の電圧を持った直流に変換して送電ラインＬ１に出力する。【００３６】
また、電力変換部１０１は、電力の伝達方向を切り替えることができる。すなわち、電力変換部１０１は、制御部１０４の制御信号に応じて、送電ラインＬ１から供給される電力を所定の形式の電力に変換して発電機１６に供給する。この場合、発電機１６はモータとして動作し、増速ギヤ部４、ギヤ１８、チェーン３及びギヤ１７を介して、ローラ６１を回転駆動する。【００３７】
検出部１０２，１０３は、流水受容体１１，ストッパ２１の位置検出を行う。すなわち、検出部１０２はフレーム８上の固定点に対する流水受容体１１の軸１２の位置を検出し、検出部１０３はフレーム８上の固定点に対するストッパ２１の位置を検出する。
例えばベルト１，２には、走行方向に沿って所定のパターンで光の反射率が変化するように光反射物が配置されている。検出部１０２，１０３は、フレーム８上の固定の位置から上記光反射物に光スポットを照射し、その反射光の強さを検出する。
また他の例において、ベルト１，２には、走行方向に沿って所定のパターンで磁気が変化するように磁性体が配置されている。検出部１０２，１０３は、フレーム８上の固定の位置で上記磁性体からの磁気を検出する。【００３８】
制御部１０４は、水力発電装置の全体的な動作を制御するユニットであり、例えば、記憶装置に格納されるプログラムに従って命令を順次に実行するコンピュータやシーケンサなどにより構成される。制御部１０４には、無線若しくは有線の通信手段を介して接続される不図示の上位装置（ホストコンピュータ）や、キーボート等のユーザインターフェースなどから、種々の制御コマンドが入力される。制御部１０４は、入力される制御コマンドに応じて、水力発電装置の各部を制御する。【００３９】
運転の停止を指示する制御コマンドが入力された場合、制御部１０４は、ローラ６２の回転軸とギヤ１４との結合を切り離すようにクラッチ９を制御する。【００４０】
また、運転の再開を指示する制御コマンドが入力された場合、制御部１０４は、まず、送電ラインＬ１から発電機１６へ電力を供給するように電力変換部１０１を制御し、発電機１６をモータとして動作させる。
次いで、制御部１０４は、検出部１０２，１０３の検出結果に基づいて、ストッパ２１が流水受容体１１の回動を規制可能な所定の位置（例えば図４に示す位置）に至っているか否かを判定する。ストッパ２１が所定位置に至ったと判定すると、制御部１０４は、ローラ６２の回転軸とギヤ１４とを再び結合するようにクラッチ９を制御する。
次いで、制御部１０４は、モータとして動作している発電機１６の回転駆動の負荷を監視し、この負荷が所定のしきい値より低いか否かを判定する。例えば制御部１０４は、電力変換部１０１において送電ラインＬ１から発電機１６へ伝達される電力の検出値に基づいて負荷の大きさを判定する。そして制御部１０４は、発電機１６の負荷が所定のしきい値より低くなったと判定すると、送電ラインＬ１から発電機１６への電力供給を止めて、発電機１６による回転駆動を停止させる。制御部１０４は、発電機１６から送電ラインＬ１へ電力を伝達するように電力変換部１０１の動作モードを切り替えて、発電機１６において発電を再開させる。【００４１】
ここで、上述した構成を有する水力発電装置における発電の停止と再開に関わる動作を説明する。【００４２】
図６は、発電を停止する際の動作の一例を示すフローチャートである。【００４３】
制御部１０４は、発電の停止を指示する制御コマンドが入力されると（ステップＳＴ１０１）、ローラ６２の回転軸とギヤ１４との結合を切り離すようにクラッチ９を制御する（ステップＳＴ１０２）。これにより、ギヤ１４の回転がローラ６２に伝達されなくなり、第１ベルト１と第２ベルト２の周回運動が連動しなくなる。その結果、第１ベルト１と第２ベルト２の走行速度にずれが生じ、流水受容体１１とストッパ２１との相対的な位置が徐々にずれ始める。そして、流水受容体１１とストッパ２１とが全く当接しなくなるまで両者の相対位置がずれると、流水受容体１１はストッパ２１によって規制されることなく回動し、例えば図７に示すように、第１ベルト１の表面に倒れた状態となる。流水受容体１１が倒れた状態になると、第１ベルト１を駆動する水流の押圧力が無くなるため、第１ベルト１の周回運動が止まり、発電停止状態になる。【００４４】
制御部１０４は、クラッチ９の結合を切り離した後、例えば検出部１０２，１０３の検出結果に基づいて、第１ベルト１及び第２ベルト２の周回運動が停止しているか否かを判定する（ステップＳＴ１０３）。制御部１０４は、一定時間が経過するまでこの判定を繰り返す（ステップＳＴ１０４）。一定時間内にベルト１，２の周回運動が停止したことを判定すると、制御部１０４は発電停止状態になったことを上位装置等に通知する（ステップＳＴ１０５）。他方、一定時間経過後も周回運動が停止しない場合、制御部１０４はエラー状態になったことを上位装置等に通知する（ステップＳＴ１０６）。【００４５】
図８は、発電を再開する際の動作の一例を示すフローチャートである。【００４６】
制御部１０４は、発電の再開を指示する制御コマンドが入力されると（ステップＳＴ２０１）、送電ラインＬ１から発電機１６へ電力が供給されるように電力変換部１０１の動作モードを設定する。送電ラインＬ１からの電力供給により、発電機１６がモータとして動作する（ステップＳＴ２０２）。発電機１６がモータとして動作すると、その回転力が増速ギヤ部４、ギヤ１８、チェーン３及びギヤ１７を介して、ローラ６１に伝達され、第２ベルト２が周回運動を開始する。このとき、クラッチ９においてローラ６２の回転軸とギヤ１４との結合が切り離されており、第１ベルト１は停止している。そのため、第２ベルト２の周回運動に伴って、流水受容体１１とストッパ２１との相対的な位置関係が変化する。【００４７】
制御部１０４は、検出部１０２，１０３の検出結果に基づいて、流水受容体１１とストッパ２１とが当接可能な相対的位置関係になったか否かを判定する（ステップＳＴ２０３）。制御部１０４は、一定時間が経過するまでこの判定を繰り返す（ステップＳＴ２０４）。一定時間内に流水受容体１１とストッパ２１とが当接可能になった場合、制御部１０４は、ローラ６２の回転軸とギヤ１４とを再び結合するようにクラッチ９を制御する（ステップＳＴ２０５）。他方、一定時間経過後も流水受容体１１とストッパ２１とが当接可能にならない場合、制御部１０４はエラー状態になったことを上位装置等に通知する（ステップＳＴ２０６）。【００４８】
クラッチ９においてローラ６２の回転軸とギヤ１４とが再び結合されると、第１ベルト１と第２ベルト２とが同一速度で走行を開始する。これにより、流水受容体１１とストッパ２１との当接可能な相対的位置関係が維持された状態で、２つのベルトが再び周回運動する。このとき、第１ベルト１と第２ベルト２とが平行に走行する区間では、新たな流水受容体１１が移動してくる度に、流水の押圧力を受けて流水受容体１１が回動し、ストッパ２１に当接する。すなわち、上流側から順に流水受容体１１が起立した状態となる。起立した状態の流水受容体１１が増えるにつれて、第１ベルト１を駆動する水流の押圧力が増加し、発電機１６の回転駆動負荷が減少する。【００４９】
制御部１０４は、例えば電力変換部１０１において送電ラインＬ１から発電機１６へ伝達される電力の検出値に基づいて、負荷の大きさが所定のしきい値より小さくなったか否かを判定する（ステップＳＴ２０７）。制御部１０４は、一定時間が経過するまでこの判定を繰り返す（ステップＳＴ２０８）。一定時間内に発電機１６の負荷がしきい値を下回ると、制御部１０４は発電機１６から送電ラインＬ１へ電力を伝達するように電力変換部１０１の動作モードを切り替える。これにより、発電機１６はモータとして動作しなくなり、発電を再開する。制御部１０４は、発電状態になったことを上位装置等に通知する（ステップＳＴ２０９）。他方、一定時間経過後も発電機１６の負荷がしきい値を下回らない場合、制御部１０４はエラー状態になったことを上位装置等に通知する（ステップＳＴ２１０）。【００５０】
以上述べたように、本実施形態に係る水力発電装置によれば、入力される停止命令に応じて第１ベルト１と第２ベルト２との連動が解除される。これにより、第１ベルト１と第２ベルト２との走行速度に差が生じ、流水受容体１１とストッパ２１との相対的位置関係が徐々に変化する。そして、流水受容体１１がストッパ２１による規制を外れて回動すると、図７に示すように第１ベルトの表面に倒れた状態になり、第１ベルト１の周回運動が停止する。
従って、例えば漂流物が侵入した場合や、水流が強すぎる若しくは弱すぎる場合などにおいて、手動若しくは自動により水力発電装置の運転を停止させることができるので、装置の強度や耐久性能を超えない適切な範囲で発電を行うことができる。また、装置の設置や移設、メインテナンス等に関わる作業が容易になる。【００５１】
更に、本実施形態に係る水力発電装置によれば、入力される運転再開命令に応じてローラ６２が回転駆動され、第２ベルト２が周回運動し、流水受容体１１とストッパ２１との相対的位置関係が変化する。そして、流水受容体１１とストッパ２１とが当接可能な相対的位置関係になると、第１ベルト１と第２ベルト２とが連動するようにクラッチ９が制御され、両者が同一速度で走行する。これにより、流水を受けて回動する流水受容体１１がストッパ２１に当接して止まり、第１ベルト１の表面に対して起立した状態になる。起立した状態の流水受容体１１が徐々に増えていき、ローラ６２の回転駆動負荷がしきい値より小さくなると、ローラ６２の回転駆動が停止されて、発電が再開される。
このように、本実施形態に係る水力発電装置では、手動若しくは自動により容易に運転を再開させることができる。従って、例えば水流の方向が逆向きに変化することによって水力発電装置の運転が止まっても、水流の方向が元に戻った時点で容易に運転を再開させることができる。【００５２】
ところで、第１ベルト１と第２ベルト２とが平行に走行する区間における流水受容体１１の姿勢は、流水の方向に応じて変化する。例えば図７の例では、紙面の左から右へ流水が流れるため、流水受容体１１は軸１２の右側に倒れるが、流水の方向がこれと逆の場合、流水受容体１１は軸１２の左側に倒れる。すなわち、流水受容体１１は、軸１２が上流側に位置するような姿勢で倒れる。【００５３】
従って、例えば図４に示すような流水受容体１１とストッパ２１との相対的位置関係において水流の方向が逆向きに変化すると、流水受容体１１は軸１２の左側に倒れてしまい（図４の点線の状態）、第１ベルト１及び第２ベルト２の周回運動が停止してしまう。【００５４】
このような場合、本実施形態に係る水力発電装置は、ストッパ２１によって流水受容体１１の逆方向の回動を規制させることで、逆向きの水流でも発電を行うことができる。以下、図４の場合と逆向きに水流が流れている場合の運転再開動作を説明する。【００５５】
流水受容体１１は、逆向きの水流によって図４の点線で示すように倒れている。この状態で、図４の場合と逆向きに運転するように指示する制御コマンドが制御部１０４に入力される。この制御コマンドを受けた制御部１０４は、クラッチ９を切断した状態で図４に示す方向と逆向きに（紙面の右から左へ）第２ベルト２を走行させる。すなわち、発電機１６を図４に示す水流の場合とは逆向きに回転させる。そして、流水受容体１１とストッパ２１とが当接可能な相対的位置関係になったとき、制御部１０４はクラッチ９を接続させて、第１ベルト１及び第２ベルト２を同一速度で周回させる。これにより、第１ベルト１及び第２ベルト２は、図４に示す方向とは逆向きに（紙面の右から左へ）走行する。
第１ベルト１と第２ベルト２が連動して周回運動することで、第１ベルト１と第２ベルト２とが平行に走行する区間の上流側（紙面の右側）から、新たな流水受容体１１が次々に移動してくる。流水受容体１１は、図４とは逆向きに流れる流水の押圧力を受けて紙面の右から左に回動し、図９に示すように、紙面の右側からストッパ２１に当接する。流水受容体１１は、上流側から順に起立した状態となる。起立した状態の流水受容体１１が増えるにつれて、第１ベルト１を紙面の右から左へ駆動する水流の押圧力が増加し、発電機１６の回転駆動負荷が減少する。発電機１６の負荷が所定のしきい値より小さくなると、制御部１０４は電力変換部１０１の動作モードを切り替えて、発電機１６の回転駆動を停止させるとともに発電動作を開始させる。【００５６】
このように、本実施形態に係る水力発電装置では、第１ベルト１と第２ベルト２が平行に走行する区間において走行方向と平行に流れる水流の向きが逆向きに変化しても、水流の向きに合わせて第１ベルト１及び第２ベルト２を逆方向に走行させて、発電を行うことができる。
従って、例えば満潮時と干潮時で水流の向きが反対になる河口などに本実施形態に係る水力発電装置を河口に設置すれば、何れの条件でも発電を行うことができるため、稼働率を向上できる。【００５７】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。【００５８】
図１０は、第３の実施形態に係る水力発電装置において第２ベルト２に形成されるストッパ２１の例を示す図であり、図１０と図４の同一符号は同一の構成要素を示す。本実施形態に係る水力発電装置は、図１０に示すようにストッパ２１の一部に斜面を設けたものであり、他の構成は図１に示す水力発電装置と同じである。【００５９】
図１０に示すストッパ２１は、第１ベルト１と第２ベルト２とが平行に走行する区間とは逆向きに（すなわち水流と逆向きに）第２ベルト２が走行する区間において、その逆向きの走行方向の前方から後方に向かって第２ベルト２の表面から徐々に立ち上がるように形成されている。従って、第２ベルト２が水流と逆向きに走行する区間において、水流はストッパ２１の斜面に沿って滑らかに流れるため、このような斜面がなく凸状になっている場合（図４）に比べて、水流に対する抵抗を減らすことができる。これにより、第２ベルト２の周回運動に伴うエネルギー損失を低減し、発電効率を高めることができる。【００６０】
本発明は上述した実施形態には限定されるものではなく、他の種々のバリエーションを含んでいる。【００６１】
上述の実施形態では、第１ベルト１を張るローラ５１，５２の回転軸と第２ベルト２を張るローラ６１，６２の回転軸とが平行になっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ローラ５１，５２の回転軸とローラ６１，６２の回転軸とが垂直になるように配置してもよい。この場合、第１ベルト１と第２ベルト２とが平行に走行する区間において、流水受容体１１の側部にストッパ２１が当接するようにしてもよい。【００６２】
第１ベルト１と第２ベルト２との連動を解除する機構の一例として、上述した実施形態ではクラッチ９を挙げているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ローラ５２の回転軸とギヤ１０との結合を解除するクラッチを設けてもよい。或いは、ギヤ１０とギヤ１４との間に両者の連動を解除可能とするギヤ機構を介在させてもよい。【００６３】
上述の実施形態では、運転再開時にローラ６１を回転駆動しているが、他のローラ（５１，５２，６２）を回転駆動してもよい。【００６４】
上述の実施形態では、運転再開時に発電機１６をモータとして動作させているが、発電機１６とは別に専用のモータを設けてもよい。【００６５】
図１０の例に示すストッパ２１は、第２ベルト２の表面に対して垂直に立ち上がる面と傾斜面を有しており、一方向からの水流の抵抗を減らしているが、本発明はこれに限定されない。図１０の例において垂直に立ち上がる面も斜面に変更すれば、両方向からの水流の抵抗を減らすことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、水力等の流体のエネルギーを利用して発電を行う種々の発電装置に広く適用可能である。
【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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【国際調査報告】
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