(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水体の中又は水体の脇に自立ユニットとして設置され、単一のユニットとして工場で生産され最終使用場所に運搬されることのできる発電装置であって、
（ａ）チャンバと、（ｂ）ロータユニットと、一つ又は複数の（ｃ）発電機と、（ｄ）支持構造とを備え、
前記チャンバは、基部と、前記基部から延びる円筒形の側壁と、入水口と、排水口とを備え、
前記入水口は、水が前記チャンバ内の螺旋状の流路を、中心シャフトの周りを回って、前記チャンバの基部にある前記排水口に向って下方向に流れるように、前記チャンバ内に水を供給するよう形成され、
前記ロータは、前記シャフトから前記側壁に向けて外側に放射状に延びる複数の羽根を備え、
前記入水口と前記羽根との位置関係は、使用中に前記チャンバに流入する水の少なくとも一部が、前記羽根に向かって直接流れるようなものであり、
前記支持構造は、脚の形をした複数の支持材であって、前記装置を使用中に前記基部から下方向に延び、水体の水底又は水体の脇の地上若しくは地中に前記装置を定位する支持材を含み、
前記ロータユニットは、シャフトと、ロータを有し、
前記ロータは、前記シャフトに搭載されて前記チャンバ内に設置され、前記チャンバ内を通過する水流を受けて前記チャンバ内で回転可能であり、
前記発電機は、前記ロータの回転を受けて発電を行うために前記ロータユニットに連結されており、
（ｉ）前記入水口の角度、（ｉｉ）前記入水口、前記排水口及び前記チャンバの大きさ、（ｉｉｉ）前記入水口及び前記排水口の位置、並びに、（ｉｖ）前記入水口と前記羽根との位置関係は、前記装置の使用時に前記チャンバ内に渦が形成されるよう選択され、
使用時の前記装置は、自立ユニットとして水体の中又は水体の脇に置かれ、前記チャンバ内には前記入水口から前記排水口への水量が存在し、
前記羽根は、湾曲した羽根であって、前記シャフトにつながった内縁と外縁とから後方に掃き、
前記排水口は、前記基部にあり、
前記渦は、前記チャンバ内の螺旋状の流路を、ロータシャフトの周りを回って、前記チャンバの基部の排水口に向かう下方向の渦状の流れであることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置であって、
前記チャンバは、前記チャンバ内の渦の形成を促進するために、羽根又はバッフルの構成を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電装置であって、
前記支持構造は、前記装置の他の部品を支持するための骨組みを備えることを特徴とする発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発電装置であって、
前記骨組みは、前記基部と前記側壁を抱えるように形成されていることを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の発電装置であって、
前記ロータユニットは、前記シャフトが前記チャンバの中心にくるように位置することを特徴とする発電装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の発電装置であって、
前記入水口は、前記側壁の上部にあることを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の発電装置であって、
前記入水口は、入水漏斗を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の発電装置であって、
前記排水口は、前記基部の中心部にあることを特徴とする発電装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の発電装置であって、
前記排水口は、前記チャンバ内に排水漏斗を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の発電装置であって、
前記排水漏斗は形と大きさに関して浅い漏斗であり、前記装置を直立状態に置いたとき水平軸に対して２０°より小さいものであることを特徴とする発電装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の発電装置であって、
前記排水口は排水管を有し、前記排水管は、前記基部から下の方に延びる第一部分と、前記第一部分に直行して延びる第二部分とを備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の発電装置であって、
前記排水口は、前記排水口を通る水の流れをよくするために、ライフル状の内部表面、すなわち一連の畝のある内部表面を有していることを特徴とする発電装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の発電装置であって、
前記チャンバは、最大幅が３０メートルであることを特徴とする発電装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の発電装置であって、
前記チャンバは、最大高さが１０メートルであることを特徴とする発電装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の発電装置を備える発電システムであって、
前記装置は水体の中に置かれ、前記装置の一部又は全部が水中に没しており、前記チャンバの中を水が流れて渦を形成し、前記渦が前記ロータと前記発電機を駆動し電力を発生することを特徴とする発電システム。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれかに記載の発電装置を備える発電システムであって、
前記装置は、水体の脇の地上又は地中に置かれ、前記入水口と前記排水口とが前記水体と流体的につながっており、前記チャンバの中を前記入水口から前記排水口に水が流れて渦を形成し、前記渦が前記ロータと前記発電機を駆動し電力を発生することを特徴とする発電システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の発電システムであって、
前記装置により１−３００ｋｗのうちの任意の電力を発電するようになっていることを特徴とする発電システム。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれかに記載の発電システムであって、
複数の前記発電装置を水体の中に有しており、前記発電装置の各々が電力を発生することを特徴とする発電システム。
【請求項１９】
請求項１から１４のいずれかに記載の発電装置を水体の中に設置することを含む発電方法であって、前記装置は、その一部又は全部が水中に没しており、前記チャンバの中の水流が渦を形成し、前記渦が前記ロータと前記発電機を駆動し電力を発生することを特徴とする発電方法。
【請求項２０】
請求項１から１４のいずれかに記載の装置を水体の脇の地上又は地中に設置することを含む発電方法であって、前記入水口と前記排水口とは前記水体と流体的につながっており、前記チャンバの中を前記入水口から前記排水口に水が流れて渦を形成し、前記渦が前記ロータと前記発電機を駆動し電力を発生することを特徴とする発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の出願に係る国際公開ＷＯ００／２３７０８に、水力駆動による発電装置の発明が開示されている。この装置は渦の中の水流エネルギーを利用するが、このエネルギーは、地球の自転によるコリオリ力を含む複数の要素の組み合わせの結果発生するものである。回転運動エネルギーで記述できるこのエネルギーは、水の落下によって生じるエネルギーとは異なる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願人は、上記発明に関する基本的な研究と発展的な考察を行った。これらの検討の一部は、装置を効果的に製造し、運搬し、多種多様な水体の中に（あるいは水体の脇に）設置できるようにし、長時間かつ最低限の保守管理で運転できるように改良することに集中した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明（出願人によりＫＣＴ  Ｍａｒｋ２発明と名付けられる）が提供する発電装置は、水体の中あるいは水体の脇に設置される発電装置であって、チャンバと、ロータユニットと、発電機とを備える。前記チャンバは、基部と、基部から延びる側壁と、入水口と、出水口とを備える。前記ロータユニットは、シャフトと、ロータとを有する。前記ロータは、前記シャフトに搭載されてチャンバ内に設置され、チャンバ内を通過する水流を受けてチャンバ内で回転可能である。前記発電機は、ロータの回転を受けて発電を行うために前記ロータユニットに連結されている。入水口、排水口及びチャンバの大きさ、並びに、入水口、排水口及びロータの位置は、本装置使用時にチャンバ内の渦の形成が促進されるよう選択する。なお使用時の本装置は、水体の中又は水体の脇に置かれ、チャンバ内には入水口から排水口への水流が存在する。
【０００５】
水体は、湖、ダム、河、川、小川、運河、その他の水路のいずれであってもよく、それ以外であってもよい。
【０００６】
本装置は、製造、運搬、設置が容易である。本装置のチャンバその他の部品は、適切ないかなる材料からも作ることができる。本装置の設計は単純で、頑丈で信頼性が高く、高度な保守管理を必要としない。本装置は、水体、水路、閉鎖水管などの中、あるいこれらの脇に、自立ユニットとして設置される。本装置は、設置される場所の水体の状態や必要発電量など（ただしこれらに限定されない）の要因に応じて、適切ないかなる大きさであってよい。本装置の一つの（唯一ではない）特徴（この特徴は、ある意味で本装置の水力発電の仕方とも関連する）は、複数の本装置を、河川や運河などの水路中に（あるいは水路の脇に）、その水路の水流に与える影響を最小限にする形で設置できることである。この複数の装置は、設置部分の水路の方向に沿って設置してもよいし、かつ／又は水路を横断して設置してもよい。従って、小規模の運転の場合は、比較的小さい単一のユニットを工場で製造し、これを最終使用場所に簡単に運搬することができる。より大規模の運転の場合は、同じ大きさの装置を複数使うことができ、これにより水路の水流に問題が生じることもない。
【０００７】
入水口、排水口及びチャンバの大きさ、並びに、入水口、排水口及びロータの位置は、本装置使用時のチャンバ内の渦の成長を促進させるよう選択する。この渦はチャンバの頭頂部より低い部分の、入水口と排水口との間に、複数の螺旋の形で存在する。
【０００８】
本装置による発電のためには、水体中に実質的な水の流れが存在する必要はない。本発明は、チャンバ内の渦の形成に依存する。渦の形成には、チャンバ内を水が流れることと、渦の形成を促進するようなチャンバの構造とが必要である。渦が形成されると、この渦の運動から取り出すことのできるエネルギーは、単にチャンバの入り口から出口への流量だけにではなく、チャンバ内で渦の中を運動する水の量にも関係する。
【０００９】
本装置は、水体中の水の流量に関しては、実質的に流れのない状態から流量の多い状態までの範囲で効率的に運転できる。
【００１０】
本装置の起動時、チャンバは最初は空で、次にチャンバ内の水位がチャンバ内で渦が形成されるレベルに達するまで入水口と排水口の制御弁を選択的に開く。渦はチャンバ内で、排水口まで下向きに延びる円錐状空間の形で示される。このときチャンバ内の水は、一つ又は複数の螺旋の形で、チャンバの頭頂部より低い部分の、入水口と排水口との間を流れる。一旦チャンバ内に安定な渦が形成されると、制御弁は必要に応じて調節される。
【００１１】
チャンバ内の渦の形成を促進するために、側壁は円筒形の内壁面を有していてよい。
【００１２】
チャンバ内の渦の形成を促進するために、チャンバは羽根（かつ／又は）バッフルなどの構成を備えてもよい。これらの構成は、側壁（かつ／又は）基部で支えられて（かつ又はこれらの一部であって）よい。
【００１３】
本装置は、水体中に（あるいは水体の脇の地中に）本装置を支持し定位する構造を含んでいてよい。
【００１４】
この支持構造は、脚などの複数の部材を含んでいてよい。この部材は、本装置の使用中に基部から下方向に延び、水体の底（あるいは水体の脇の地上又は地中）に本装置を定位する。
【００１５】
この支持構造は、本装置の他の部品を支持するための骨組みを備えていてよい。。
【００１６】
この骨組みは、チャンバの基部と側壁を抱えるように形成されていてよい。
【００１７】
この骨組みは、チャンバを支持するための複数の部材を、チャンバの基部の下に備えていてよい。
【００１８】
ロータユニットは、シャフトがチャンバの中心にくるように位置していてよい。
【００１９】
ロータは、シャフトから側壁に向けて外側に放射状に延びる複数の羽根を備えていてよい。
【００２０】
この羽根は、湾曲した羽根であってよい。この羽根はその他のあらゆる断面形状をしていてよい。
【００２１】
それぞれの羽根は、シャフトにつながった内縁と外縁とから後方に掃いてよい。
【００２２】
この羽根は、チャンバ内を水が流れる方向に見たとき、凹面状であってよい。
【００２３】
入水口は、この入水口を通してチャンバ内に入る水流を制御する流量制御弁を備えていてよい。
【００２４】
入水口は、側壁にあってよい。
【００２５】
入水口は、側壁の上部にあってよい。
【００２６】
入水口と羽根との位置関係は、使用中にチャンバに流入する水の少なくとも一部が、羽根に向かって直接流れるようなものであってよい。
【００２７】
入水口は、水がこの入水口を通してチャンバに流入したとき、チャンバ内の渦の形成を促進するように形成されていてよい。
【００２８】
入水口は、水がチャンバ内の螺旋状の流路を、中心シャフトの周りを回って、チャンバ基部にある排水口に向って下方向に流れるように、チャンバ内に水を供給するよう形成されていてよい。
【００２９】
入水口は、５−１０°の角度で内側を向いてチャンバ内に水を供給するように形成されていてよい。
【００３０】
入水口は、７°の角度で内側を向いてチャンバ内に水を供給するように形成されていてよい。
【００３１】
入水口は、チャンバ内に水を供給するための入水管を備えていてよい。
【００３２】
この入水管は、直線部分を有していてよい。
【００３３】
入水口は、水路（又は水体）からチャンバ内への水流を最大化し、渦によってチャンバに引き込まれる水流を最大化するための、入水漏斗を備えていてよい。
【００３４】
本装置は、複数の入水口を有していてよい。
【００３５】
大多数の入水口は、チャンバの同じ高さの所に、チャンバの周囲を取り囲む形で置かれていてよい。
【００３６】
大多数の入水口は、チャンバの複数の異なる高さの所にあってもよい。
【００３７】
排水口は、この排水口からの水流を制御する流量制御弁を備えていてよい。
【００３８】
排水口は、基部にあってよい。
【００３９】
排水口は、基部の中心部にあってよい。
【００４０】
排水口は、チャンバ内に排水漏斗を備えていてよい。
【００４１】
この排水漏斗の形と大きさは、チャンバ内の渦の形成を促進するよう選択してよい。特に、排水漏斗は浅い漏斗、典型的には、本装置を直立状態に置いたとき水平軸に対して２０°より小さい（更に典型的には５−１５°の）ものであってよい。これは、安定な渦、すなわち一旦形成された後はチャンバ内を動き回らないような渦を形成するためである。
【００４２】
排水口は、チャンバから延びる排水管を有していてよい。
【００４３】
排水管は、基部から下の方に延びる第一部分と、この第一部分に直行して延びる第二部分とを備えていてよい。
【００４４】
入水口と排水口とは、本装置を上から見たときに、１３５から１８０°の角度をなしていていよい。
【００４５】
排水管は、排水口と排水管を通る水流によるチャンバ内の渦の乱れが最小となるように形成されていてよい。
【００４６】
例として、排水管はライフル状の内部表面、すなわち一連の畝のある内部表面を有していてよい。
【００４７】
排水口の横断面域は、入水口の横断面域より大きくてよい。この特徴は、本装置が使われる流路の水量が十分多い場合重要である。というのは、水路の流量が多いとシステムの負荷が増え、チャンバ内から排水口を通じたポンピング動作が発生するからである。本出願人の試験設備（この設備は、速い水流が異なるタイミングで発生する水路にある）における運転では、この試験装置は直径３００ｍｍの入水口と、直径４００ｍｍの排水口を有していた。これは、流量が多いとき、チャンバにオーバフローが起きないようにするためである。更に、試験設備での運転では、本装置が電力負荷のある状態にある時、チャンバ内から排水口を通じたポンピング動作が発生し、その結果排水流が増えた。
【００４８】
チャンバは、最大幅が３０メートル以下であってよい。側壁が円筒形の内壁面を有する場合、この最大幅はチャンバの直径となる。
【００４９】
チャンバの最大幅は、２５メートルであってよい。
【００５０】
チャンバの最大幅は、２０メートルであってよい。
【００５１】
チャンバの最大幅は、１５メートルであってよい。
【００５２】
チャンバの最大幅は、１０メートルであってよい。
【００５３】
チャンバの最大幅は、５メートルであってよい。
【００５４】
チャンバの最大幅は、０．５メートルより大きくてよい。
【００５５】
チャンバの最大幅は、０．１メートルより大きくてよい。
【００５６】
チャンバの最大幅は、０．０１メートルより大きくてよい。
【００５７】
チャンバの最大高さは、１０メートルであってよい。
【００５８】
チャンバの最大高さは、５メートルであってよい。
【００５９】
チャンバの最大高さは、１メートルであってよい。
【００６０】
本装置は、ロータユニットと発電機に連結したギアボックス、すなわち、ロータユニットの出力を必要発電量に対して調整するギアボックスを備えていてよい。このギアボックスの目的は、発電機に対するロータユニットの出力を最大化できるようにすることである。
【００６１】
本装置は、チャンバ内の流れの変化を考慮するために制御システムを備えていてよい。
【００６２】
この制御システムは、入水口（および／又は排水口）の流量制御弁が制御できるように、この（これらの）弁と接続していてよい。
【００６３】
本発明はまた、上記装置を含む発電システムを提供する。ここで上記装置は、水体の中に置かれ、その一部又は全部が水中に没している。そしてチャンバの中を水が流れて渦を形成し、この渦がロータと発電機を駆動し電力を発生する。
【００６４】
入水口と排水口とは、水中に没していてよい。ここで、チャンバの中を入水口から排水口に水が流れて渦を形成し、この渦がロータと発電機を駆動し電力を発生する。
【００６５】
本装置は水体の中に置かれ、チャンバの側壁が水路の水面より上のレベルに延びていてよい。
【００６６】
本装置は水体の中に、自立ユニットとして置かれていてよい。
【００６７】
本装置は水体の中に、装置の支持構造に支えられて置かれていてよい。
【００６８】
本発明はまた、上記装置を備える発電システムを提供する。ここで上記装置は、水体の脇の地上（又は地中に）に置かれ、入水口と排水口とが水体と流体的につながっている。そしてチャンバの中を入水口から排水口に水が流れて渦を形成し、この渦がロータと発電機を駆動し電力を発生する。
【００６９】
発電システムは、上記装置により１−３００ｋｗの電力を発電するようになっていてよい。
【００７０】
発電システムは、上記装置により０．１−１００ｋｗの電力を発電するようになっていてよい。
【００７１】
発電システムは、上記装置により０．１−３０ｋｗの電力を発電するようになっていてよい。
【００７２】
発電システムは、発電機により０．００１−０．１ｋｗの電力を発電するようになっていてよい。
【００７３】
発電システムは、複数の上記発電装置を水体の中に有していてよい。この複数の装置はそれぞれ別々であってもよいし、互いに連結していてもよく、いずれの場合も各装置が電力を発生する。
【００７４】
水体が水路（河、川、小川など）である場合、これらの装置は、水路の方向に沿って置かれてもよいし、水路を横断して置かれてもよい。
【００７５】
発電システムは、地域の、あるいはより広範囲の電力供給ネットワークにつながるようになっていてよい。
【００７６】
本発明はまた、上記装置を水体の中に設置することを含む発電方法を提供する。ここで上記装置は、その一部又は全部が水中に没しており、チャンバの中の水流が渦を形成し、この渦がロータと発電機を駆動し電力を発生する。
【００７７】
入水口と排水口は水中に没していてよく、チャンバの中を入水口から排水口に水が流れて渦を形成し、この渦がロータと発電機を駆動し電力を発生する。
【００７８】
本発明はまた、上記装置を水体の脇の地上（又は地中に）に設置することを含む発電方法を提供する。ここで入水口と排水口とは水体と流体的につながっており、チャンバの中を入水口から排水口に水が流れて渦を形成し、この渦がロータと発電機を駆動し電力を発生する。
【００７９】
本発明の実施例を、以下の添付図面のみを参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、本発明による発電装置の一実施形態（唯一ではない）の斜視図である。
【図２】図２は、本装置の側面図である。
【図３】図３は、図２と別の方向から見た、本装置の側面図である。
【図４】図４は、本装置の上面図である。
【図５】図５は、図４の直線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。
【図６】図６は、本装置のチャンバと入水口の斜視図である。
【図７】図７は、図６に示したチャンバ／入水口の上面図である。
【図８】図８は、図６に示したチャンバ／入水口の側面図である。
【図９】図９は、本装置のロータの斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に示したロータの上面図である。
【図１１】図１１は、図９に示したロータの側面図である。
【図１２】図１２は、本装置の排水部の斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した排水部の断面図である。
【図１４】図１４は、本装置の支持構造の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
図面に示した本発電装置３の実施形態は、本発明の複数の可能な実施形態のうちの一つである。特にこの実施形態は、水体の中（あるいは水体の脇）に自立ユニットとして設置するものである。以下の本実施例の説明は、装置を水体の中に設置する場合に絞る。本発明の他の実施形態には、以下と同様に水体の中に自立ユニットして設置するものもあり、水体に脇に設置するものもある。
【００８２】
図面で参照される通り、装置３は、チャンバ５と、ロータユニットと、発電機２５とを備える。チャンバ５は、基部７と、基部７から上方に延びる円筒形の（すなわち円筒形の内壁面を有する）側壁１３と、側壁１３に設けられた入水口１５と、基部７に設けられた出水口１７とを備える。前記ロータユニットは、シャフト１９と、ロータ２１とを有する。ロータ２１は、シャフト１９に搭載されてチャンバ５内に設置され、チャンバ５内を通過する水流を受けてチャンバ５内で回転可能である。発電機２５は、ロータユニットの回転を受けて発電を行うために前記ロータユニットに連結されている。
【００８３】
装置３は、大気に開放されている。
【００８４】
装置３はまた、ロータユニットと発電機２５に連結したギアボックス（図示しない）、すなわち、ロータユニットの出力を必要発電量に対して調整するギアボックスを備えていてよい。このギアボックスは、適切ないかなるギアボックスであってもよい。
【００８５】
装置３はまた、装置の他の部品を支え、装置自体を水体の中に設置するための構造を有する。この支持構造は、チャンバ５と他の装置部品を安定して支えるためにチャンバ５の架台として形成されている。図１４に示される例では、この支持構造は鉄製の骨組みであって、円形に配置された複数の直立した柱２７であり、上部と下部の鉄製の輪３１に連結されている。この支持構造はまた、一連の金具２９を有し、これらが柱２７から内側に延び、基部７とチャンバ５の一連の支持位置となっている。柱２７の下部は脚の形で支持材となって、装置を水体の底に設置している。
【００８６】
支持構造はまた、発電機２５とロータユニットとを支えるプラットフォーム１１を有する。このプラットフォーム１１は鉄製の骨組みで、柱２７からなる向かい合った対により支えられ、チャンバ５を横断して延びている。更に具体的には、ロータユニットがプラットフォーム１１に懸下しており、ロータシャフト１９がチャンバ５内の中央に位置し、ロータ２１がチャンバ５内の下部に基部７から距離を置いて位置している。
【００８７】
チャンバ５はプラスティックの材料でできている。しかしこのチャンバは、その他の適切ないなかる材料でできていてもよい。
【００８８】
ロータ２１は、シャフト１９から側壁１３に向けて外側に放射状に延びる複数の羽根３３を有する。この羽根３３は曲面状の羽根で、シャフトにつながった内縁と外縁とから後方に掃く。羽根３３は、チャンバ５内を水が流れる方向に見たとき（図１で見たときは時計回りの方向）、凹面状である。
【００８９】
入水口１５は、側壁１３の上部にある。入水口は、水がこの入水口１５を通してチャンバ５に流入したとき、チャンバ５内の渦の形成を促進するように形成されている。具体的には入水口１５は次のように、すわなち、渦状の水の流れ（チャンバ５内の螺旋状の流路を、ロータシャフト１９の周りを回って、チャンバ５の基部７の排水口に１７向かう下方向の流れ）を促進するために、チャンバ５内に水を供給するように、形成されている。この流路内の水の運動（好ましくは、チャンバ５の頭頂部より低い部分の、入水口１５と排水口１７との間にある複数の水の螺旋）により、水がロータ２１に当たってこれを動かし、発電機２５にパワーを与え、発電が行われる。渦の形成により、回転運動エネルギー（このエネルギーは、地球の自転によるコリオリ力を含む複数の要素の組み合わせの結果発生する）を取り出すことが可能となる。先に注意したように、この渦の運動から取り出すことのできるエネルギーは、単にチャンバ５の入口から出口への流量だけにではなく、チャンバ５内で渦の中を運動する水の量にも関係する。
【００９０】
入水口１５は、この入水口１５を通してチャンバ５内に入る水の流れを制御する流量制御弁（図示しない）を備える。
【００９１】
入水口１５は、直線部分３５と入水漏斗３７を備える管を有する。入水漏斗３７の目的は、装置全体の設計が許す範囲でできるだけ多くの水をチャンバ５に引き込むことにある。チャンバ５内の流量が多いことは、運動（水車のような基本的に直線的な流れから、チャンバ５による渦の生成まで）を引き起こすための一つの要因である。直線部分３５は、上記のように水の流れをチャンバ５内に導く。すなわち、チャンバの頭頂部より低い部分の、入水口と排水口との間にある、螺旋状の流路（好ましくは複数の螺旋状の流路）を流れる水の流れを促進する。更にチャンバ５内の望ましい水の流れを促進するため、図７に示すように管３５は、７°の角度で内側を向くようにする。
【００９２】
排水口１７は、チャンバ５の基部７の中心部に設けられる。排水口１７は、この排水口１７からの水の流れを制御する流量制御弁（図示しない）を備える。入水口１５と排水口１７とは、本装置を上から見たときに、約１４５°の角度をなしている。排水口は、チャンバ５内に排水漏斗部分４７を備えている（図５参照）。ロータシャフト１９と排水漏斗部分４７とは同軸上に配置される。排水漏斗部分４７は浅い漏斗として形成され、典型的には、本装置を直立状態に置いたとき水平軸に対して２０°より小さい（典型的には５−１５°）。これは、安定な渦、すなわち一旦形成された後はチャンバ５内を動き回らないような渦の形成を促進するためである。排水口１７は、排水管を有する。この排水管は、基部７から下の方に延びる第一部分３９と、この第一部分３９に直行して延びる第二部分４１とを備える。図１２と１３で最もよく表わされるように、排水口１７を通る水の流れをよくするために、排水管１７はライフル状の内部表面、すなわち一連の畝４３のある内部表面を有する。ライフル状の内部表面は、排水口１７及び排水管３９、４１の内部の水流による、チャンバ５内の渦の乱れを最小にする手段の複数の選択肢の一例である。
【００９３】
本装置を使用時に水体中に置き、入水口１５と排水口１７との間のチャンバ５内に水流があるとき、入水口１５、排水口１７及びチャンバ５の大きさ、並びに、入水口１５、排水口１７及びロータ２１の位置は、チャンバ内の渦の形成を促進するよう選択する。この渦はすなわち、チャンバ内で下向きに螺旋状に流れる水流で、望ましくは、チャンバ５の頭頂部より低い部分の、入水口１５と排水口１７との間にある複数の螺旋である。この観点から見ると、関連する要件（これに制限される訳ではない）は、（ａ）円筒形の内壁面を持つ側壁１３を用意することと、（ｂ）入水口１５からチャンバ５内への水流の向きを、チャンバ内の水の回転運動を促進する方向に向けることと、（ｃ）排水口１５を、チャンバ５の上部でロータ２１のすぐ上の所に取り付けることと、（ｄ）チャンバ５内への水流を最大化する漏斗部分３７を、入水口１５に配備することと、（ｅ）ロータ２１の羽根３３の形状及び位置と、（ｆ）安定な渦（すなわち一旦形成された後はチャンバ５内を動き回らないような渦）の形成を促進するような漏斗部分４７を、排水口１７に配備すること、を具備する。
【００９４】
本装置３は、製造、運搬、設置が容易である。本装置のチャンバその他の部品は、適切ないかなる材料からも作ることができる。本装置の設計は単純で、頑丈で信頼性が高く、高度な保守管理を必要としない。本装置は、水体の中に自立ユニットとして設置される。
【００９５】
使用中は、本装置３は水体の中に置かれ、入水口１５と排水口１７は水中に没しており、側壁１３は水面より上のレベルに延びている。チャンバ５内を入水口１５から排水口１７に水が流れ、渦を形成する。この渦は、好ましくはチャンバ５の頭頂部より低い部分の入水口１５と排水口１７との間にある複数の螺旋で、ロータユニットと発電機２５を駆動し電力を発生する。本装置の起動時、チャンバは最初は空で、次にチャンバへの水流がチャンバ内で渦が形成されるところに達するように入水口と排水口の制御弁を選択的に開く。渦はチャンバ内で、排水口まで下向きに延びる円錐状空間の形で示される。このときチャンバ内の水は、一つ又は複数の螺旋の形で、チャンバの頭頂部より低い部分の、入水口と排水口との間を流れる。一旦チャンバ内に安定な渦が形成されると、制御弁は、チャンバの入水量と排水量が同量になるよう調節される。
【００９６】
上記の発明の実施形態については、この発明の考え方と範囲を逸脱することなく、多くの変形が可能である。
【００９７】
例示の目的で、本実施形態では、チャンバ５の高さと幅に関する特定の寸法と、ロータ２１の特定の配置と、入水口１５と排水口１７の特定の構成などを示したが、本発明はこれに限定されるものでなく、適切なあらゆる変形に拡張できる。
【００９８】
例示の目的で、側壁１３は、チャンバ５内の渦の形成を促進するために円筒形の内壁面を持つとしたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。チャンバ５は、チャンバ内の渦の形成を促進するために、例えば羽根（かつ／又は）バッフルなどの構成を備えてもよい。これらの構成は、側壁（かつ／又は）基部で支えられて（かつ又はこれらの一部であって）よい。
【００９９】
例示の目的で、本実施形態では、本装置の部品を支えるための特定の構造を有し、水体中に本装置が定位するようになっているとしたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。特定の例示の目的で、一連の金具２９であって、これらが柱２７から内側に延び、基部７とチャンバ５の一連の支持位置となっているものを示したが、これは数多くある適切な選択肢の中の一つである。その他の選択肢として、各々の柱２７の間の空間に延びる一連の横材がある。
【０１００】
例示の目的で、本実施形態は単一のロータユニットのみを有するとしたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。一つのチャンバ内に複数のロータユニットがあってもよいし、一つのチャンバ内に複数の発電機があってもよく、その場合本装置は、各ロータユニットについての各渦の形成を促進するようになっている。
【０１０１】
例示の目的で、本実施形態は水体の水底に定位するように記載されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。水体の脇の地上（あるいは地中）に定位する形態に拡張してもよい。これらの実施形態では、水体と、本装置３の入水口１５及び排水口１７とをつなぐ配管を含むことになる。
【０１０２】
例示の目的で、本実施形態は単独のユニットとして記載されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本装置３が他の水力発電システムと結合して使われる形態に拡張することもできる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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