(57)【要約】【課題】水車への水流につき十分に加速可能である発電効率の良い流水加速型発電装置を提供する。【解決手段】流水加速型発電装置１０１は、発電機１を搭載するフロート１０２と、フロート１０２の両側にそれぞれ配置され、発電機１と接続される水車１０４とを備えている。フロート１０２の下部には、内側の両面がフロート１０２の長手方向に沿う一対の蛇行防止板１０８が形成されており、フロート１０２の中央の水流と両側の水流とが区切られる。又、蛇行防止板１０８の前部には、前になるに従って下となるように傾いたガイド板１０９を回転可能に設置する（底が接触した場合は水平となる）。なお、両側の水車により流速エネルギーが消費され、排出側の抵抗となっている水流を、中央の高速流により内側に引っ張り（ベルヌーイの定理）、水車の回転を助ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を搭載するフロートと、
前記フロートの両側にそれぞれ配置され、前記発電機と接続される水車と
を備えており、
前記フロートの下部に、内側の両面が前記フロートの長手方向に沿う一対の下方起立体が形成され区切られていると共に、
前記下方起立体及び前記水車の前方に、前になるに従って下となるように傾いたガイド板が回転可能に設置されており、
前記下方起立体の間において前記水車の下流側の水流より高速な水流が形成されるようにして、当該高速な水流により前記水車の下流側の水流が引っ張られるようにした
ことを特徴とする流水加速型発電装置。
【請求項２】
前記フロートの前部が、前になるに従って幅の狭くなる形状となっている
ことを特徴とする請求項１に記載の流水加速型発電装置。
【請求項３】
前記水車は、外側に板状の水車用ベントを有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流水加速型発電装置。
【請求項４】
前記発電機が発電を停止した場合に発信する異状通信手段が設置されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の流水加速型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流水や潮流等を利用して発電する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水力発電装置として、下記特許文献１に記載のものが知られている。この発電装置は、一対の発電機のそれぞれの回転軸に接続された回転翼がケーシング部材の水路内に配置されており、当該ケーシング部材の入水側開口部に、その開口端の面積を下流側に向かって徐々に減少させるように形成された水流増速部を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記発電装置では、入水側開口部において単にその開口端の面積を下流側に向かって徐々に減少させるように形成された水流増速部を設けただけであるため、水流の増速が水流増速部でしか行われず、増速度合に限界がある。
【０００５】
そこで、請求項１に記載の発明は、水車への水流につき十分に加速可能である発電効率の良い流水加速型発電装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、発電機を搭載するフロートと、前記フロートの両側にそれぞれ配置され、前記発電機と接続される水車とを備えており、前記フロートの下部に、内側の両面が前記フロートの長手方向に沿う一対の下方起立体が形成され区切られていると共に、前記下方起立体及び前記水車の前方に、前になるに従って下となるように傾いたガイド板が回転可能に設置されており、前記下方起立体の間において前記水車の下流側の水流より高速な水流が形成されるようにして、当該高速な水流により前記水車の下流側の水流が引っ張られるようにしたことを特徴とするものである（ガイド板は底に接触した場合回転により水平となる）。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、上記目的に加えて、水流の加速効果を更に高めてより効率の良好な状態で発電を行う目的を達成するため、上記発明にあって、前記フロートの前部が、前になるに従って幅の狭くなる形状となっていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、上記目的に加えて、水車への流水の作用について無駄をなくして発電装置の効率を更に良好にする目的を達成するため、上記発明にあって、前記水車は、外側に板状の水車用ベントを有することを特徴とするものである（水流が外側に流出しない形状）。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、上記目的に加えて、漂流物の絡み付き・漏電・断線・流失・盗難等に適切に対応可能とする目的を達成するため、上記発明にあって、前記発電機が発電を停止した場合に発信する異状通信手段が設置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、両側に水車を有するフロートの下部に、内面がフロートに沿う一対の下方起立体を設けると共に、これら下方起立体の前部に、前下がりのガイド板を設けている。よって、ガイド板により下方の水流を上方へ案内して下方起立板間及び／又は各水車下部への流水の流速を加速することができると共に、下方起立板の間においてフロートに沿った速い水流を形成して、各水車から抵抗を受け流速エネルギーが消費された各水車より下流側（排出側）の水流を内側に引っ張って加速することができ（ベルヌーイの定理）、これらにより各水車への水流を加速することができて、加速した水流によって水車を効率良く回すことが可能となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明において好適に用いられる発電機の断面説明図である。
【図２】本発明の発電装置の平面図（上半部のブレードを省略した状態）である。
【図３】図２の発電装置の左側面図である。
【図４】図２の発電装置の背面図（後半部のブレードを省略した状態）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施の形態の例につき、適宜図面に基づいて説明する。なお、当該形態は、下記の例に限定されない。
【００１３】
［発電機の構成等］
まず、当該形態において好適に用いられる発電機について説明する（本出願人の別出願である特願２００９−６８６８０参照）。図１は当該発電機１の中央断面図であって、発電機１は、固定される円柱形状のメインシャフト２と、メインシャフト２の周りにおいて互いに異なる方向に回転（反転）可能に設けられたコイルシャフト４及び筐体６とを備えている。
【００１４】
コイルシャフト４は、全体が中央に孔の開いた円盤状となる状態で導線を巻いた鉄芯を有さないコアレスコイルディスクローター４１を備え、第１ベアリング２１を介して回転可能に取り付けられる。一方、筐体６の内側であって、コイルディスクローター４１の各面に対向する部分には、マグネット６３が取り付けられており、筐体６は、第３ベアリング６１を介して回転可能に取り付けられる。そして、メインシャフト２のフランジ２２には、第２ベアリング２３を介して中間ギア２４が配置されており、中間ギア２４は、コイルシャフト４における内ギア４２、及び筐体６における内歯の外ギア６２と噛み合っていて、コイルシャフト４（コイルディスクローター４１）と筐体６（マグネット６３）とを互いに反転させ、コイルディスクローター４１とマグネット６３の相対速度を上げている（回転駆動力反転伝達機構）。
【００１５】
外部（後述の水車１０４）からの回転駆動力は、筐体６のカップリング６７に入力されるようにする。一方、発電された電気は、コイルシャフト４の導体バンド４３及びこれに接する分割電極２６を有するノンスパーク方式のスリップリング４４から出力される。
【００１６】
［発電機の動作・特徴・効果等］
以上の発電機１によれば、回転駆動力に係る回転速度が比較的に遅い場合であっても、各コイルディスクローター４１を相対的に高速に回転させることができ、発電の効率を良好なものとすることができる。
【００１７】
［発電装置の構成等］
次に、本発明に係る流水加速型発電装置（発電装置）の実施形態について説明する。図２は当該形態に係る発電装置１０１の平面図（上半部のブレードを省略した状態）であり、図３は発電装置１０１の左側面図であり、図４は発電装置１０１の背面図（下流側、後側、流水や潮流等の出口側から見た図、後半部のブレードを省略した状態）であって、発電装置１０１は、上述の発電機１を内蔵するフロート１０２と、フロート１０２の両側に配置される一対の水車１０４と、フロート１０２の下部に配置される一対のスキッド１０６、下方起立体としての一対の蛇行防止板１０８、及びガイド板１０９を備えている。
【００１８】
フロート１０２は、発電機１０１や各種装置ないし部材を含んでいても水Ｗに浮かび、流水や潮流等が存在しても安定して浮かぶ大きさを有している。フロート１０２を静水に浮かべた場合には、フロート１０２の喫水線Ｄと水面とが一致する。フロート１０２の正面側（上流側、前側、流水や潮流等の進入側）は、前に行くに従って幅（左右方向の大きさ）の狭くなる形状となっており、平面視でなだらかなカーブＲ１を描くような形状となっている。このカーブＲ１は、外方に膨らんでおり、フロート１０２の前後方向の中心線に関し左右対称となっている。即ち、フロート１０２の前面Ｆは、最前部から両側の水車１０４の隣接部分にかけてなだらかに結ばれるようなカーブＲ１を有している。又、フロート１０２の後側は、後ろに行くに従い幅が狭くなる他はカーブＲ１と同様であるカーブＲ２に係る形状となっている。
【００１９】
又、フロート１０２は、後部において、自身のピッチングないしローリング防止用の、左右方向に延びたアーム１２１、及びサブフロート１２２を備えている。
【００２０】
更に、フロート１０２は、吊り上げ移動用のフック１２３を前後に２個ずつ備えている。このうち、前のフック１２３は、岸からのロープＴの固定箇所の役目も兼ねている。前のフック１２３のうち岸から遠い側のものは、設定値以上の水位となるとフロート１０２から離脱し、この離脱によって増水や急流の発生時等の異状時は自動的に岸に寄るようになっている。又、発電に係る出力が零となった場合には、図示しないフロート１０２内の通信手段（例えば携帯電話や無線通信装置）が所定の連絡先に対して発信する。
【００２１】
又更に、フロート１０２の後部には、図示しないケーブルに接続された電気出力用の端子１２４が設置されている。
【００２２】
加えて、フロート１０２の中央部には、左右にそれぞれ突出する突出部１２５が形成されている。各突出部１２５には、軸１２６がそれぞれ左右方向に向くように通されている。各軸１２６において、外側の端部が露出し、残部がフロート１０２の内部に位置する。各軸１２６の内部の端部は、増速機（図示せず）を介して発電機１に接続されている。当該増速機は、各軸１２６からの回転力をまとめて発電機１のカップリング６７に回転駆動力を伝える。当該増速機においては、タイミングベルト機構が用いられる。なお、当該増速機は、片方の軸１２６に回転力が付与されていない場合でも、カップリング６７に回転力を伝える。
【００２３】
そして、各軸１２６の外側の端部には、それぞれ水車１０４が接続されている。各水車１０４は、流水の流れを受ける複数のブレード１４１と、各ブレード１４１と軸１２６とを接続するハウジング１４２と、各ブレード１４１の外側に取り付けられる水車用ベント１４３とを備えている。
【００２４】
ハウジング１４２は、前後方向に沿うようにされる円盤部分を有している。各ブレード１４１は、当該円盤部分の放射方向に沿うように配置される。当該円盤部分において、各ブレード１４１の基部が固定される。
【００２５】
水車用ベント１４３は、各ブレード１４１に共通してそれらの外側に付けられる円盤状の板であり、その中心が軸１２６の中心と合うように配置されている。水車用ベント１４３は、前後方向に沿い、ハウジング１４２の外側を覆う。
【００２６】
各水車１０４は、ハウジング１４２の円盤部分の最下部（垂直になったブレード１４１の最上部）を喫水線Ｄが通るような位置に配置されており、下半部が水Ｗの中に入り、上半部が水Ｗより上に出ている。
【００２７】
一方、フロート１０２の下面には、一対のスキッド１０６が取り付けられている。各スキッド１０６は、角の丸い矩形を成すように組み合わせられたフレームである。スキッド１０６は、前後方向に沿う状態で、フロート１０２の下面の左右にそれぞれ取り付けられている。各スキッド１０６の上下の長さは、スキッド１０６の下面が各水車１０４の最下部より下となるような長さとされているため、スキッド１０６により各水車１０４が底Ｂに接触することで破損する事態を防止することができる。
【００２８】
又、スキッド１０６には、それぞれ蛇行防止板１０８が取り付けられている。各蛇行防止板１０８は、板状の部材であり、前後方向に沿った状態で固定される。よって、各蛇行防止板１０８は、フロート１０２の下部から下方で起立した状態となり、各蛇行防止板１０８の内側の面（内面）は、フロート１０２の長手方向に沿う。
【００２９】
更に、各スキッド１０６の前部には、前方に出た支持部１９１を有するストッパー１９２が取り付けられており、ストッパー１９２には、ガイド板１０９の後部が、ヒンジ１９３を介して接続されている。ガイド板１０９は、板状の部材であり、その幅（左右方向の長さ）は、双方の水車１０４の外面の間より若干小さくされている。ガイド板１０９は、通常ストッパー１９２により支えられて前下がりである所定の傾きとなっているが、ヒンジ１９３の周りで回転可能であって、水Ｗの量の減少等で川や海等の底Ｂが接触した場合（図３の底Ｂに関する一点鎖線参照）には傾きが減少する（水平に近くなる、図３のガイド板１０９に関する一点鎖線参照）。更に底Ｂが迫ってきた場合には、各スキッド１０６の下部が底Ｂに触れ、ガイド板１０９の下部（前部）は各スキッド１０６の下部より上に収まる。
【００３０】
［発電装置の動作等］
このような発電装置１０１は、主に以下に説明するように動作する。
【００３１】
まず、発電装置１０１を、フロート１０２の長手方向や水車１０４が流水や潮流等に沿うように水Ｗに浮かべると共に、端子１２４とケーブルを接続し、ロープＴを岸の岩やコンクリート柱、杭等に固定する。発電装置１０１は、好適には小型トラックで運搬できるような大きさであり、水Ｗに浮くほど軽く、ケーブルとロープＴをつないで水Ｗに浮かべるだけで設置できるので、極めて容易に設置することができ、複数ないし多数の発電装置１０１を設置することも簡単である。又、発電装置１０１の移動あるいは再設置も容易である。
【００３２】
設置後、発電装置１０１は、喫水線Ｄ付近が水面となるように、又フロート１０２の長手方向が水流に沿うように浮かんで安定する。そして、水流により水面下の各ブレード１４１が順次力を受けて水車１０４が回転する。
【００３３】
このとき、水車１０４が両側に配置されているため、両側において同等の水力を受けることが可能であり、バランスが良好となって安定性が高くなる。更に、水車１０４の上半部が、フロート１０２の喫水線Ｄより上方となっており、水Ｗの上に出るため、水Ｗの中のブレード１４１が水流から力を受けて水車１０４が回転する際に、反対側のブレード１４１が、同様な抵抗を受けることがなく、抵抗の少ない空中で回転することが可能となり、円滑で効率の良い状態で水車１０４を回転させることができる。
【００３４】
又、フロート１０２の前面Ｆが、前に行くに従って幅の狭くなる形状となるカーブＲ１を有しているため、フロート１０２の前方の水流を左右の水車１０４に振り分けて、各水車１０４への水流を加速することができ、水流を各水車１０４に集めることができる。又、フロート１０２の後面Ｓが前面Ｆと同様な形状を有し、カーブＲ１と同様のカーブＲ２を備えているため、各水車１０４を通過した水流の一部をフロート１０２の後方に導くことができる。
【００３５】
しかも、フロート１０２の下部の左右には、フロート１０２の長手方向（水流）に沿う内面を有する一対の蛇行防止板１０８（下方起立部）が設置されているため、フロート１０２の前下方の水流をフロート１０２に沿うように（ストレートに）各蛇行防止板１０８の間ないしその後方に加速された状態で案内することができ、当該加速されたストレート水流に、各水車１０２の抵抗を受けて流速の弱められた（カーブＲ２により導かれた）水流を引き付けて加速することができ（ベルヌーイの定理）、結果各水車１０４の最下部より後方に回転したブレード１４１が水Ｗから受ける抵抗を低減することができるし、各水車１０４を通る水流を加速することができる。又、フロート１０２の下部（各蛇行防止板１０８の間）にストレートな流れが形成されるため、フロート１０２がその流れに沿うようにされて蛇行する事態が防止され、より一層フロート１０２の安定性を高めることができる。
【００３６】
更に、蛇行防止板１０８の前部には、前へ行くほど下となるように傾いたガイド板１０９が設置されているため、各蛇行防止板１０８より下方の水流を各蛇行防止板１０８の間に導くことができ、上下方向においても（三次元的に）水流を集めることが可能となって、各蛇行防止板１０８の間ないしその後方の水流をより一層増速することができ、各水車１０４における抵抗を低減すると共に各水車１０４を通る水流を更に加速することができるし、フロート１０２の蛇行防止性能を更に高めることができる。又、ガイド板１０９は各水車１０４の前方にも配置されるため、各水車１０４に対しても下方の水流を増速した状態で集めることができる。
【００３７】
加えて、各水車１０４は水車用ベント１４３を有するため、各水車１０４を通過する水流が外側に逃げず、水Ｗの中のブレード１４１に当たるようにすることができる。なお、各水車１０４はフロート１０２の側面に隣接しているため、水流を内側に逃がさず水Ｗの中のブレード１４１に当たるようにすることができる。
【００３８】
そして、以上のように水流を各水車１０４に加速された状態で導くことで、各水車１０４を効率の良好な状態で回転させることができ、この回転により発生した回転力は軸１２６や前記増速機を介して発電機１に伝わって発電に用いられるため、効率の良好な発電を実行することができる。又、発電が上述の反転式（コアレスコイル式）の発電機１により行われるため、更に効率の良好な状態で発電を行うことができる。このような効率の良い回転あるいは発電により、発電装置１０１では、例えば１メートル毎秒（ｍ／ｓｅｃ）程度の緩やかな流速の流水ないし潮流しか存在しない場所に設置したとしても十分に発電を行うことができる。
【００３９】
又、発電停止時に所定通信先へ発信する通信手段を設けたので、緊急事態や盗難あるいは不具合等による発電停止の発生を遠隔地においても把握することができ、発電装置１０１に関する安全性が更に高まるし、移動や多数台の設置が容易な発電装置１０１について、常に見張っていなくても緊急事態や盗難や不具合に対応可能として適切な運用を行うことができる。
【００４０】
［発電装置の特徴ないし効果等］
以上の発電装置１０１は、発電機１を搭載するフロート１０２と、フロート１０２の両側にそれぞれ配置され、発電機１と接続される水車１０４とを備えており、フロート１０２の下部に、内側の両面がフロート１０２の長手方向に沿う一対の蛇行防止板１０８が形成され区切られていると共に、蛇行防止板１０８及び各水車１０４の前方に、前になるに従って下となるように傾いたガイド板１０９が回転可能に設置されており、蛇行防止板１０８の間において各水車１０４の下流側の水流より高速な水流が形成されるようにして、当該高速な水流が各水車１０４の下流側の水流を引っ張るようにしている。よって、フロート１０２の安定性を向上することができるし、各水車１０４の下流側のよどんだ水流を引き込みにより加速し流れを助長して各水車１０４の回転を助けることができ、極めて効率の良好な状態で発電装置１０１における発電を行うことができる。
【００４１】
又、フロート１０２の前面Ｆが、前になるに従って幅の狭くなる形状（カーブＲ１）となっているため、フロート１０２の前方上部の水流を振り分けて各水車１０４に対し加速された状態で供給することができ、更に効率の良好な状態で発電装置１０１における発電を行うことができる。
【００４２】
更に、水車１０４は、外側に板状の水車用ベント１４３を有するので、水車１０４における水流を外側に脱させずにブレード１４１に集中させることができ、水車１０４への流水の作用を更に大きなものとして発電装置１０１の効率を一層良好にすることができる。
【００４３】
加えて、発電機１が発電を停止した場合に発信する異状通信手段が設置されているので、遠隔地においても発電停止を把握することができ、発電装置１０１における発電停止の事態に対応することができる。
【００４４】
［発電装置の変更例］
なお、主に上記の発電装置を変更して成る、本発明の他の形態を例示する。
【００４５】
増速機を省略して軸と発電機を直接あるいは増速せずに接続したり、フロートにおいて突出部の一方あるいは双方を省略したり、サブフロートないしアームを省略したり、スキッドを省略して蛇行防止板にスキッドの役目をも担わせたりする。
【００４６】
通信手段は、電子メールやインターネット電話による通信方式を採用して良いし、フックが外れた場合に通信するようにして良いし、各場合に応じて異なる通信先、通信内容あるいは通信方式としても良い。又、フックが外れた場合及び／又は発電停止の場合に点灯するランプや発音するサイレンを、通信手段と共に、あるいは通信手段に代えて設置しても良い。
【００４７】
蛇行防止板及び／又はスキッドを、フロートと一体化する。即ち、フロートの下部において少なくとも内面がフロートの長手方向に沿う一対の下方起立部（リブ）を設け、当該下方起立部の間にストレートな水流が形成されるようにしたり、当該下方起立部により水車を保護したりする。一対の蛇行防止板（下方起立体）につき、各下部を板やバーにより連結して全体あるいは一部を箱状としたり、それらの間に更にフロートの長手方向に沿う別の下方起立体を配置したりする。蛇行防止板やガイド板につき、曲面や折れ曲がり面を一部あるいは全部に用いたものとする。又、各蛇行防止板につき、後ろに行くに従って内面の幅及び／又は高さ（上下方向長さ）が小さくなるものとしたり、フロート全体に対する長手方向の長さや割合を大きくしたり、内面間の距離を下に行くほど狭くし（て斜めにし）たり、これらの逆としたり、フロートに対する配置を変えたりする。このように、蛇行防止板が、箱状であり、間に更に下方起立体を有するものであり、あるいは曲面等を有するものであり、又は幅等が変化したものであっても、各蛇行防止板の内面は水流をフロートの長手方向に沿う状態で案内し、蛇行防止板間にはフロートの長手方向に沿う水流が形成される。ガイド板の回転を規制するストッパーを、片側のみに設け、あるいは鎖やロープ等の連結手段とする。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る発電装置は、水車への水流を加速可能でありながら、比較的に小型軽量であるため、定常的な水流の存在する流水や潮流等に多数並べて簡単に設置することが可能であり、緩やかな流速でも発電可能であるため、多くの河川や海岸に多数並べて設置することが可能である。又、発電装置が利用した水流はストレート水流により加速されて発電装置の下流へ流れるため、発電装置の下流に更に発電装置を並べることが可能である。そして、風力と比較して、１日中あるいは年中定常的な流れのある場所が極めて多く存在するため、風力発電装置に比べて設置場所を選定し易く、又極めて効率の良い状態で発電装置を作動させることができる。又、本発明の発電装置は、太陽の出ている間のみ発電可能で弱い光だと効率の落ちる太陽光発電と異なり、昼夜や季節や緯度等を問わず流れる水流を利用して発電を行うことができ、やはり極めて効率の良好な状態で発電装置を作動させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０１  発電装置
１０２  フロート
１０４  水車
１０８  蛇行防止板（下方起立体）
１４３  水車用ベント
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011027025.tif 000005
【図４】
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