(57)【要約】【課題】小規模水力発電装置を河川や水路に設置するにあたっては、落ち葉やビニール等の流下物の回転羽根への付着障害が発生し易い課題がある。一方、風力発電装置は、回転翼を取り付けるための強風に耐えられる支柱が必要であり設置コストが増嵩している。【解決手段】  内空円筒２に流入する流体をその側部に設けた流出口２ｂから流出させて、反力として発生する推力９により内空円筒２を軸回転させて発電を行う。小水力発電装置として利用する場合は、流出口２ｂを広く確保して流下物の付着障害を抑制する。風力発電装置とて利用する場合は、流入する風は内空円筒２の側部へ排出されることから、既存の構造物等の壁面１９を利用した設置が可能である。【選択図】図１
2012237311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のエネルギーを利用する発電において、その一端が流体の流入口として開口し他の一端が閉じてあり、その側部においてその円心軸と直交する面におけるその外円周の接線に平行な方向に直面して開口した流出口が同一回り方向に一つ以上設けられてある内空円筒を、流体のエネルギーを受ける回転体とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内空円筒において、他の一端は開口しているが分離している止水板をあてがうことによりふさがれてある内空円筒とする発電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の発電装置であって、前記内空円筒をその円心軸回りの回転が阻害されない状態で外力に対して安定支持するための据付部材と、当該内空円筒を当該据付部材により据え付ける対象でありそれ自体が地盤等の不動部に固定される安定基盤部と、当該安定基盤部に設置される発電機および当該内空円筒の回転エネルギーを当該発電機に伝達するためのエネルギー伝達部材と、を備えてなる発電装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の発電装置であって、前記内空円筒をその円心軸回りの回転が阻害されない状態で外力に対して安定支持するための据付部材と、当該内空円筒を当該据付部材により据え付ける対象でありそれ自体が地盤等の不動部に固定される安定基盤部と、安定基盤から支持され当該内空円筒に結合された発電機と、を備えてなる発電装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の発電装置であって、前記内空円筒に結合された発電機と、当該発電機を支持する安定基盤部と、を備えてなる発電装置。
【請求項６】
請求項３〜５に記載の発電装置であって、前記内空円筒および前記安定基盤部と連結されており流体の上流側に面した流入口と他の一面の部分が開口した流体集積槽を具備し、当該流体集積槽の流入口より集積した流体を当該流体集積槽の他の一面の部分を通じて当該内空円筒に送り込むことを特徴とする発電装置。
【請求項７】
流体が液体の場合で、前記安定基盤部を浮体として前記内空円筒を液体中に懸架し、当該浮体を液体の水位変動に対する追従が可能な状態で不動部に連結させた請求項３〜６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記安定基盤部として壁面を利用することを特徴とする請求項３〜５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、流体のエネルギーを推力により円筒の円心軸回りの回転エネルギーに変換して発電を行う装置に関するものである。代表的な流体としては水および風であり、水力発電装置および風力発電装置として利用できる。
【背景技術】
【０００２】
流水のエネルギーを利用する小規模水力発電装置は、様々な型式が考案されている。これらは、流水の衝撃を利用する衝動水車と反動力を利用する反動水車に大別され、いずれも、流体のエネルギーを水車やタービンの羽根で動圧力として受けて回転エネルギーに変換するものである。
【０００３】
小規模水力発電装置のうち、河川や水路のように落差が無く、流れる水のエネルギーを利用する装置は、伝統的な下掛け水車あるいはバルブ水車などの回転羽根を回転させる型式がある。
【０００４】
河川や水路には、自然発生の落ち葉や水草、また、人為発生のビニール、プラスチック等の流下物が流れてくる。そのため、従来の回転羽根を有する水車による小規模水力発電装置を河川や水路に設置する場合は、羽根への流下物の付着障害が発生することが多く、導入を決定するにあたっての支障となっている。
【０００５】
小規模水力発電においてこの付着障害を防止するためには、流下物よけのスクリーンを設置する対応が必要であるが、その場合は、スクリーンに付着した流下物の除去作業を随時行わねばならず、維持管理が大変になる。下掛け水車は、流下物の付着障害は比較的小さいが、発電装置としては設備が大掛かりである。
【０００６】
一方、風力発電装置においては様々な回転翼が考案されているが、いずれの風力発電装置も回転翼を取り付けるための支柱を必要とし、その支柱は強風に対しても力学的に耐えられる構造とするために十分な強度と安定性を持たせる必要があり、それに伴う設備建設のために設置費用が増嵩している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７７７９７
【特許文献２】特開２００８−１５１１５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
河川や水路における流水エネルギー利用の小規模水力発電装置において、河川や水路に流下物があっても機能的な障害が発生せず、流水エネルギーを効率的に利用できる発電装置の開発が課題である。
【０００９】
風力発電において、建設費用の増嵩の要因となる回転翼を取り付けるための支柱を必要とせず、既存の構造物の壁面に設置して発電を行える発電装置の開発が課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
広く開口した流入口から内空円筒の内部に流入した水あるいは風を、当該内空円筒の外周側部において当該内空円筒の外周の接線の方向に面して開口した流出口から当該内空円筒の外部に流出させ、その時に当該流出口に反力として発生する推力により当該内空円筒を円心軸回りに回転を与え、その回転エネルギーにより発電機を回転させて発電を行う方法による。回転体としての当該内空円筒が本発明の中心である。
【００１１】
（内空円筒構造Ａ）
前記内空円筒の構造は、その一端が流体の流入口として開口し他の一端が閉じてあり、その側部においてその円心軸と直交する面におけるその外円周の接線に平行な方向に直面して流体が速やかに流出するように開口した流出口が同一回り方向に一つ以上設けられているものとする。なお、この内空円筒の構造を後述するもう一つの構造と区別するために内空円筒構造Ａとする。
【００１２】
（発電装置構成Ａ）
前記方法を利用して課題を解決する最も代表的発電装置構成は、前記内空円筒と、当該内空円筒をその円心軸回りの回転が阻害されない状態で外力に対して安定支持するための据付部材と、当該内空円筒を当該据付部材により据え付ける対象でありそれ自体が地盤等の不動部に固定される安定基盤部と、当該安定基盤部に設置される発電機および当該内空円筒の回転エネルギーを当該発電機に伝達するためのエネルギー伝達部材と、を具備することを特徴とする。なお、発電装置構成はこの他にもあり、以降の説明を分かり易くするために当該発電装置構成を発電装置構成Ａとする。
【００１３】
発電装置構成Ａによる発電の仕組みは以下のようである。前記据付部材を介して前記安定基盤部に据え付けられた前記内空円筒は、流入する流体により前述したように回転する。その回転エネルギーを前記エネルギー伝達部材により前記安定基盤部に設置された前記発電機に伝えて発電を行う。なお、流出口の合計面積は流入口の面積と同程度が目安となる。
【００１４】
（発電装置構成Ｂ、発電装置構成Ｃ）
前記内空円筒の回転エネルギーの前記発電機への伝達手段として、当該内空円筒の円心軸部に当該発電機の回転軸を結合させる発電装置とすることも可能であり、この構成を発電装置構成Ｂとする。また、流体力が小さい場合は、更に当該内空円筒の安定支持のための前記据付部材を省くことも可能であり、この構成を発電装置構成Ｃとする。ただし、当該内空円筒と当該発電機を結合させる発電装置は、当該発電機を支持するためのアームを当該内空円筒の流出口の下流側に配置しなければならないことから、当該流出口から排出される流下物の付着抑制効果が発電装置構成Ａに比べて劣る場合がある。
【００１５】
（内空円筒構造Ｂ）
前記内空円筒に流入する流体は、当該内空円筒の閉じられた下流端部に流体圧力として作用することから、当該内空円筒を安定支持する前記据付部材に制動圧力としてあるいは前記発電機の回転軸にスラスト力として伝わり、発電効率が低下する。この対策として、当該内空円筒の下流端部を開口させ当該開口部に止水板をあてがうことにより、当該開口部からの流体の流出を防ぐとともに当該止水板に流体圧力を受圧させることができるので、当該下流端部に作用する流体圧力を低減させて当該据付部材に伝わる制動圧力あるいは当該発電機の回転軸に伝わるスラスト力を緩和させることが可能であり、この構造を内空円筒構造Ｂとする。ただし、この場合も、当該止水板を固定するためのアームを当該内空円筒の流出口の下流側に配置しなければならないことから、当該流出口から排出される流下物の付着抑制効果が内空円筒構造Ａに比べて劣る場合がある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明装置を小規模水力発電装置として利用する場合は、流下物の付着障害を引き起こす原因となる羽根自体が無く、流入口から流出口に至る前記内空円筒の内部空間を広く円滑に確保できることから、当該内空円筒の内部に流入した流下物の当該内空円筒の流出口からの通過流出が容易であり、流下物の付着障害の発生を抑制できる利点がある。発電機あるいは止水板を支えるアームがある場合でもアームを広い面板とすることで付着障害を抑制できる。
【００１７】
本発明装置を風力発電装置として利用する場合は、既存の風力発電装置のように回転翼を真っ直ぐに風が通り抜けることが無く、流入口から流入した風は内空円筒の側部に配置された流出口から円筒側方へ流出することから、円筒背部が壁面であっても風の流れの障害にはならず、本発明装置を既設の建造物等の壁面に設置することが可能である。その結果、回転体である内空円筒用の支柱が不要となり、装置の設置費用を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明における代表的実施形態１の全体的概要を示す透視側面図である。
【図２】本発明における代表的実施形態１の全体的概要を示す透視正面図である。
【図３】本発明における代表的実施形態１の全体的概要を示す平面図である。
【図４】本発明における代表的実施形態１の概要を示す断面図（Ａ−Ａ断面）である。
【図５】本発明における代表的実施形態１の概要を示す断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。
【図６】本発明における代表的実施形態１の概要を示す断面図（Ｃ−Ｃ断面）である。
【図７】本発明における代表的実施形態１の概要を示す断面図（Ｄ−Ｄ断面）である。
【図８】本発明における代表的実施形態１の概要を示す断面図（Ｅ−Ｅ断面）である。
【図９】本発明における代表的実施形態１の概要を示す断面図（Ｆ−Ｆ断面）である。
【図１０】本発明における代表的実施形態１の全体的概要を示す側面図である。
【図１１】本発明における代表的実施形態１の全体的概要を示す正面図である。
【図１２】本発明における代表的実施形態２の全体的概要を示す側面図である。
【図１３】本発明における代表的実施形態２の全体的概要を示す下流面図である。
【図１４】本発明における代表的実施形態２の全体的概要を示す平面図である。
【図１５】本発明における代表的実施形態２の概要を示す断面図（Ｆ’−Ｆ’断面）である。
【図１６】本発明における代表的実施形態２の概要を示す断面図（Ｇ−Ｇ断面）である。
【図１７】本発明における代表的実施形態３の全体的概要を示す透視側面図である。
【図１８】本発明における代表的実施形態３の全体的概要を示す透視下流面図である。
【図１９】本発明における代表的実施形態４の全体的概要を示す側方断面図（Ｈ−Ｈ断面）である。
【図２０】本発明における代表的実施形態４の全体的概要を示す正方断面図（Ｉ−Ｉ断面）である。
【図２１】本発明における代表的実施形態５の全体的概要を示す透視側面図である。
【図２２】本発明における代表的実施形態６の全体的概要を示す透視側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（代表的実施形態１）（内空円筒構造Ａ、発電装置構成Ａ）
前記安定基盤部をハウジングとして前記内空円筒を前記据付部材により当該ハウジングの天板下に水平に懸架し、また、前記発電機を当該天板上に配置し、当該内空円筒の回転エネルギーを当該発電機に伝えるためのエネルギー伝達部材を備えた発電装置であって、河川あるいは水路に当該ハウジングを固定させて設置する実施形態例を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１、図２および図３は、それぞれ本発明の代表的実施形態１に係る発電装置１ａを示す透視側面図、透視正面図および平面図であり、それぞれ本発明の原理を分かり易く説明するためにハウジング３を透視した基本的な構成を示している。また、透視側面図におけるＡ−Ａ断面〜Ｆ−Ｆ断面を示す図として、図４は、内空円筒２の流入口２ａ、図５は、水平方向外力に対して内空円筒２の円心軸回りの回転を阻害させずに支持するための据付部材、図６は、鉛直方向外力に対して内空円筒２の円心軸回りの回転を阻害させずに支持するための据付部材、図７は、内空円筒２および発電機６、および図８は、回転エネルギーの伝達部材を、それぞれハウジング３の天板３ａとの位置関係を含めて示した図であり、また、図９は、内空円筒２の流出口２ｂを示した図である。また、図１０および図１１は、ハウジング３を透視しない側面図および正面図を示している。
【００２１】
図１〜図３に示すように、水の流れ８のある河川あるいは水路において、円形Ｌ形枠１０および支柱１１を用いて、ハウジング３の天板３ａの下部に内空円筒２を水平に懸架する。内空円筒２の上流側は流入口２ａとして開口しており、下流端部２ｃは閉じている。内空円筒２の下流側の側部には、内空円筒２の外周の接線に平行な方向に面して流出口２ｂが設けられている。天板３ａ上には発電機６を設置し、また、内空円筒２にはプーリー７ａが、また、発電機６にはプーリー７ｂが据え付けられており、内空円筒２の回転エネルギーがベルト７ｃを介して発電機６へ伝達される構造としておく。なお、流出口２ｂの数は任意であるが、流下物の付着障害を避けるためには流出口２ｂの開口断面積が大きく、数は少ないほうが良い。本例では流出口２ｂは２箇所としている。
【００２２】
水の流れ８が流入口２ａから内空円筒２内部に流入し、流出口２ｂから流出する時に、図９に示すように、外周の接線に平行な方向に発生する水の推力９により、内空円筒２全体は円心軸回転する。この回転が安定して円滑に行われるようにするために、内空円筒２の上流側と下流側の箇所において、図６に示すように円形Ｌ形枠１０の内側水平面部１０ｂに内空円筒２を鉛直方向の外力に対して支持する鉛直支持ベアリング５を備える。また、内空円筒２は水の流れ８の圧力により下流方向に押されるが、図５に示すように、円形Ｌ形枠１０の上流側鉛直面部１０ａに据え付けられた水平支持ベアリング４により、図４に示す内空円筒２の円周回りに固定されたフランジ１２を支持させる。このことにより、内空円筒２の円心軸回転を妨げずに、下流方向への流水エネルギーによる内空円筒２の天板３ａからの離脱を防止する。河川あるいは水路に固定されて設置されたハウジング３の天板３ａに懸架され、円心軸回転運動を許された内空円筒２は、水の流れ８の流入により円心軸回転する。その回転運動は、図８に示すように、プーリー７ａからベルト７ｃを介してプーリー７ｂに伝えられ、発電機６により発電される。また、図１０、および図１１に示すように、ハウジング３において流入口２ａ側にテーパー１３を付けることにより内空円筒２へ流入する流体エネルギーの増幅効果を図っている。
【００２３】
（代表的実施形態２）（内空円筒構造Ｂ、発電装置構成Ａ）
代表的実施形態１の内空円筒２の下流端部２ｃには水の流れ８による流水圧力が作用するため、特に、内空円筒２を流れ方向に支持する水平支持ベアリング４へ制動圧力がかかり回転効率が低下する。その影響の抑制対策を施した発明の実施形態の一例として、前記安定基盤部をゲート等の制水板の下流側に固定したステージとして前記内空円筒を当該ステージ下に水平に懸架し、前記発電機を当該ステージ上に配置し、当該内空円筒の下流端部に開口部を設け当該開口部に止水板をあてがった実施形態例を図面に基づき説明する。
【００２４】
図１２、図１３および図１４は、本発明の代表的実施形態２にかかる発電装置１ｂを説明する側面図、下流面図および平面図である。なお、流出口２ｂは、図１５のＦ’−Ｆ’断面で示すように代表的実施形態１で示した形状と変えている。内空円筒２、据付部材、安定基盤部、発電機６およびエネルギー伝達部材による基本的な構成は代表的実施形態１で説明した発電装置１ａと変わらないが、図１６のＧ−Ｇ断面で示すように下流端部２ｃに開口部２３を設けている。ただし、図１２で分かるように下流端部２ｃには内空円筒２に流入した流体の下流端部２ｃからの流出を防ぐための止水板２４ａが備えられている。この止水板２４ａは、ステージ３ｃから止水板支持用アーム２５により支えられている。
【００２５】
流向に対峙してピークを向けた円錐型の止水板２４ａにより内空円筒２に流入した流体は流出口２ｂのある外側へ向けられる。流水圧力は内空円筒２とは分離された止水板２４ａにより受圧されて止水板支持用アーム２５を介してステージ３ｃへ伝ええられる。また、下流端部２ｃが開口していることから下流端部２ｃへの流水圧力は殆ど軽微なものとなる。このことにより、水平支持ベアリング４に伝わる下流方向への制動圧力は軽減されて内空円筒２の回転効率が向上する。開口部２３と止水板２４ａの間から幾分かの流体の噴出があるが全体量に比べて量的に無視できる。また、噴出に対しては噴出対策用カバー２６をかけることにより飛散を防止できる。なお、代表的実施形態１に比較して、流出口２ｂから出てくる流下物の止水板支持用アーム２５への付着が懸念される。そのため、止水板支持用アーム２５の形状を広い面板状として、流下物が引っかかり難くして付着抑制を図る。
【００２６】
（代表的実施形態３）（内空円筒構造Ｂ、発電装置構成Ｂ）
前記安定基盤部をハウジングとして前記内空円筒を前記据付部材により当該ハウジングの天板下に水平に懸架し、当該内空円筒の回転エネルギーを、エネルギー伝達部材を介さずに当該内空円筒に結合され安定基盤に支持された前記発電機に伝える実施形態例を図面に基づき説明する。
【００２７】
図１７および図１８は、本発明の代表的実施形態３に係る発電装置１ｃを説明する透視側面図および透視下流面図である。内空円筒２、据付部材および安定基盤部は代表的実施形態１で説明した発電装置１ａと変わらない。エネルギー伝達部材を廃し、発電機６の回転軸１７ａを下流端部２ｃの円心軸部２ｄにおいて内空円筒２と結合させている。また、発電機６は天板３ａからの発電機支持用アーム２７により支持されている。発電装置１ｃでは下流端部２ｃに開口部２３を設け、天板３ａから止水板支持用アーム２５で支えられている止水板２４ｂを開口部２３にあてがい内空円筒２への流水圧力作用を抑制する装置としている。勿論、下流端部２ｃを開口させずに止水板２４ｂを配置しないことにより、流下物の付着要因となる止水板支持用アーム２５を省くこと（内空円筒構造Ａ）も可能であるが、当該実施形態では発電機６を支持するための発電機支持用アーム２７はいずれにしろ必要である。
【００２８】
天板３ａに懸架され、円心軸回転運動を許された内空円筒２は、水の流れ８の流入により円心軸回転する。その回転運動は、下流端部２ｃの円心軸部２ｄに回転軸１７ａが結合され天板３ａから発電機支持用アーム２７により支持固定されている発電機６に直接伝えられて発電される。
【００２９】
（代表的実施形態４）（内空円筒構造Ａ、発電装置構成Ｃ）
前記内空円筒を据付部材により支えることなく安定基盤部に据え付けられた発電機により支える実施形態例を図面に基づき説明する。当該内空円筒と発電機と安定基盤部による実施形態例は、イメージ的には当該内空円筒をファンとした床置き型扇風機のような組み合わせ形態であるが、ここでは当該安定基盤部をスタンド（支柱）ではなく壁面として説明する。据付部材が無いために当該内空円筒に作用する流体力が大きな場合は安定性が悪くなる。
【００３０】
図１９および図２０は、それぞれ代表的実施形態４に係る発電装置１ｄを分かり易く説明するための側方断面図および正方断面図である。図１９に示すように、鉛直方向および水平方向の外力に対して内空円筒２の円心軸回りの回転を阻害させずに内空円筒２を支持する軸でもある発電機６の回転軸１７ａを内空円筒２の円心軸部２ｄに結合する。発電機６は安定基盤部としての壁面１９に設置する。本実施形態では流下物の付着障害を想定していないことから、流出口２ｂの一つあたりの開口面積を小さくしてその箇所数を増やしている。
【００３１】
図１９に示すように、風２０が流入口２ａから内空円筒２の内部に流入し流出口２ｂから流出する時に、外周の接線に平行な方向に発生する風２０の推力９により内空円筒２は円心軸回転する。その軸回転エネルギーは回転軸１７ａに伝えられて、発電機６により発電される。なお、流出口２ｂを隠すカバー２１を設置することにより、流出口２ｂの回転に対する危険防止を図ることができる。
【００３２】
壁面１９を安定基盤部とする発電装置に関しては、内空円筒２を支持するための補強として水平支持ベアリング４（図１９中に点線で図示。）を据付部材として壁面１９に補足設置することも可能である。この場合は、内空円筒、据付部材、安定基盤部および発電機により構成される発電装置（発電装置構成Ｂ）となる。更に加えて、内空円筒の回転エネルギーをギアあるいはベルトのエネルギー伝達部材を介して壁面１９に別途固定された発電機に伝える発電装置（発電装置構成Ａ）とすることも可能である。
【００３３】
発電装置１ｄあるいは前段落において記述した発電装置においても、下流端部２ｃに開口部２３を設けて止水板２４をあてがうこと（内空円筒構造Ｂ）ができる。この場合は、壁面１９が止水板２４の役割を担うことになる。また、内空円筒２に作用する流体圧力の軽減は、発電機６の回転軸１７ａに作用するスラスト荷重の軽減になる。
【００３４】
（代表的実施形態５）（内空円筒構造Ａ、発電装置構成Ｂ）
河川あるいは水路の底に流体集積槽を固定し、その上部に前記内空円筒を鉛直に設け、前記発電機を当該内空円筒の上部にある前記安定基盤部の上に配置し、当該安定基盤部を貫通して当該内空円筒の天端部の円心軸部に当該発電機の鉛直回転軸が結合している実施形態例を図面に基づき説明する。
【００３５】
図２１は、代表的実施形態５に係る発電装置１ｅを分かり易く説明するための透視側面図である。水の流れ８のある河川あるいは水路の底に上流側に開口した流体集積槽１５を設置し、その下流側天板１５ｂ上に内空円筒２を円心軸回転が可能な状態にして鉛直に据える。流体集積槽１５の下流側天板１５ｂは円形状に開口し、その上を覆った内空円筒２と連通状態となっており、流体集積槽１５から内空円筒２の内部に水の流れ８ａが容易に進入する状態となっている。内空円筒２の側部には、流出口２ｂが設けられている。また、内空円筒２と流体集積槽１５は回転ジョイント１６ａにより連結され、内空円筒２の円心軸回転が円滑に行われるようになっている。そして、内空円筒２の天端部２ｅの中心から上方に伸び内空円筒２に固定された鉛直回転軸１７ｂが、内空円筒２を覆って設けたハウジング３の天板３ａを鉛直に貫いている。天端部２ｅと天板３ａの間には、内空円筒２の円滑な軸回転を確保するためにスラストベアリング１６ｂを設置する。天板３ａ上には発電機固定具１８により発電機６を固定設置する。鉛直回転軸１７ｂは発電機６の回転軸でもある。
【００３６】
流体集積槽１５の開口した流入口１５ａから流入した水は、流体集積槽１５の天板１５ｂの開口部を通って鉛直に設置された内空円筒２内に流入し、流出口２ｂから流出する。この時の流出口２ｂに作用する推力９により内空円筒２が円心軸回転し、鉛直回転軸１７ｂが回転して発電機６により発電を行う。
【００３７】
内空円筒２を覆うハウジング３は、下流側が十分に開口し、流出口２ｂからの流出物を付着させないように内外部ともに平滑な構造とする。また、流体集積槽１５は、下流側の底１５ｃを底上げした２段底として開口部１５ｄを設け、流入口１５ａから流体集積槽１５に流入する土砂等を排出させる。
【００３８】
当該実施形態例における内空円筒２の設置に当たっては、前記据付部材を介入させずに据え付けること（発電装置構成Ｃ）、あるいは当該内空円筒の回転エネルギーをギアもしくはベルトのエネルギー伝達部材を介して当該発電機に伝えること（発電装置構成Ａ）による発電装置とすることも可能である。
【００３９】
流体集積槽を配置する実施形態例である発電装置１ｅあるいは前段落に記述の発電装置において、内空円筒２の天端部２ｅを開口させ止水板２４をあてがうことによる発電装置とすること（内空円筒構造Ｂ）も可能である。ただし、これらの発電装置の内空円筒２は天端部２ｅを上にした鉛直配置であり、天端部２ｅに作用する流体圧力は重力に逆らう向きであることから、流体圧力を内空円筒の重量を支える力として利用できることを考慮する必要がある。
【００４０】
（代表的実施形態６）（内空円筒構造Ａ、発電装置構成Ａ）
前記安定基盤部を浮体構造とし、浮体をロープで不動部に連結する方法あるいは不動部から立ち上がっている支柱にスライドリングで連結する方法により、河川や水路の水位変動に追随可能な発電装置とする実施形態例を図面に基づき説明する。
【００４１】
図２２は、代表的実施形態１で説明した発電装置１ａにおけるハウジング３の天板３ａを浮体３ｂ構造とした発電装置１ｆの透視側面図である。浮体３ｂをロープ１４により不動部に連結することにより、河川あるいは水路の水位変動に追随可能な状態で発電が行われる。
【００４２】
安定基盤部を浮体構造とした実施に関しては、本発明の発電装置の全てが安定基盤部を必要としていることから、安定基盤部を浮体構造とすれば全てのケースで実施可能である。例えば、風力発電装置としての利用においても安定基盤部を気球体とすれば浮体構造とできる。このことは、内空円筒構造ＡおよびＢと、発電装置構成Ａ、ＢおよびＣとのすべての組み合わせにおいて可能である。ただし、実用性の観点からは、浮体構造は河川あるいは水路での導入が現実的である。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
コンクリート水路等において、代表的実施形態１で示した発電装置のハウジングが水路断面にはまり込む様に当該発電装置を据え付けて発電を行う。
【００４４】
（実施例２）
堰ゲートの一部に開口部を設け、当該開口部に代表的実施形態２で示した発電装置を据え付けた状態で当該発電装置を通して水を流下させ、その際に発電を行う。
【００４５】
（実施例３）
民家、工場、オフィスビルおよびホテル等の建物の壁面、あるいは防風壁、道路擁壁および橋梁高欄壁等の構造物壁面、または堅固な自然岸壁を利用して、代表的実施形態４で示した発電装置を据え付けて発電を行う。
【００４６】
（実施例４）
流速は速いが川幅が広く水深が浅い河川において、取り込み口を幅広に確保した代表的実施形態５で示した発電装置を河床に据え付けて発電を行う。
【００４７】
（実施例５）
河川や水路において、代表的実施形態６で示した発電装置を、岸や橋梁あるいは船舶等に不動部を求めてロープにより連結据え付けて発電を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明による小規模水力発電装置は、流下物の付着障害を極力抑制できることから、付着障害のために水力発電装置の導入が控えられていた箇所においても水力発電が可能となる。その結果、河川や水路における水力エネルギーの利用が促進される。
【００４９】
本発明は河川あるいは水路の落差のない場所での利用に特に優位性を有するが、急傾斜水路やある程度の落差がある場所での利用においても、配管により水頭を確保することなく有効に発電できる点で優位性を有している。これは、これまでの水車やタービンが水の圧力あるいは衝撃力により回転エネルギーを得ていることに対して、本発明の原理は水が流出するときの推力により回転エネルギーを得ていることによる。つまり、本発明では、流出口の合計面積を流入口の面積と同程度に確保すれば、流入水は上流側の水頭を高めることなく流出口から速やかに排出され、その際に、流入水のエネルギーは質量と流速の積で表される推力として利用される。その結果、水車やタービンによる発電のように発電装置上流側に配管をする必要が無く、発電システムとして簡易化できる。
【００５０】
本発明による風力発電装置は、支柱を用いることなく壁面を利用して設置することが可能である。このことは、設置費用を安価にできることだけではなく、人工構造物や自然の地形を利用した壁面に設置することにより、独立したタワーとして目立つことが控えられ、周囲の景観に配慮することができる。また、流入口の開口さえ確保されれば回転部を覆うことにより危険防止を図ることができる。その結果、設置箇所の選択が広がり、風力エネルギーの利用が促進される。
【符号の説明】
【００５１】
１ａ  発電装置（代表的実施形態１）
１ｂ  発電装置（代表的実施形態２）
１ｃ  発電装置（代表的実施形態３）
１ｄ  発電装置（代表的実施形態４）
１ｅ  発電装置（代表的実施形態５）
１ｆ  発電装置（代表的実施形態６）
２  内空円筒
２ａ  流入口（内空円筒）
２ｂ  流出口（内空円筒）
２ｃ  下流端部（内空円筒）
２ｄ  円心軸部（内空円筒）
２ｅ  天端部（内空円筒）
３  ハウジング
３ａ  天板
３ｂ  浮体（浮体構造の天板）
３ｃ  ステージ
４  水平支持ベアリング
５  鉛直支持ベアリング
６  発電機
７ａ  プーリー（内空円筒部）
７ｂ  プーリー（発電機軸部）
７ｃ  ベルト
８  水の流れ
８ａ  水の流れ（流体集積槽内）
９  推力
１０  円形Ｌ形枠
１０ａ  円形Ｌ形枠の上流側鉛直面部
１０ｂ  円形Ｌ形枠の内側水平面部
１１  支柱
１２  フランジ
１３  テーパー
１４  ロープ
１５  流体集積槽
１５ａ  流入口（流体集積槽）
１５ｂ  下流側天板（流体集積槽）
１５ｃ  下流側底部（流体集積槽）
１５ｄ  開口部（流体集積槽）
１６ａ  自由回転ジョイント
１６ｂ  スラストベアリング
１７ａ  回転軸
１７ｂ  鉛直回転軸
１８  発電機固定具
１９  壁面
２０  風
２１  安全カバー
２２  支持棒（安全カバー用）
２３  開口部（内空円筒の下流端部）
２４  止水板
２４ａ  止水板（円錐型）
２４ｂ  止水板（平型）
２５  止水板支持用アーム
２６  噴出対策カバー
２７  発電機支持用アーム
【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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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
流体のエネルギーを利用する発電において、その一端が流体の流入口として開口し他の一端が閉じてあり、その側部においてその円心軸と直交する面におけるその外円周の接線に平行な方向に直面してその合計面積が流入口の面積と同程度になるように開口させた流出口が同一回り方向に一つ以上設けられてある内空円筒を、流体のエネルギーを受ける回転体とする発電装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月16日(2012.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体エネルギーの利用において、その一端が流体の流入口として開口し他の一端が閉じてあり、その側部においてその円心軸と直交する面におけるその外円周の接線に平行な方向に直面してその合計面積が流入口の面積と同程度になるように開口させた流出口が同一回り方向に一つ以上設けられてある内空円筒を、流体のエネルギーを受ける回転体とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内空円筒において、他の一端は開口しているが分離している止水板をあてがうことによりふさがれてある内空円筒とする装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の装置であって、前記内空円筒をその円心軸回りの回転が阻害されない状態で外力に対して安定支持するための据付部材と、当該内空円筒を当該据付部材により据え付ける対象でありそれ自体が地盤等の不動部に固定される安定基盤部と、当該安定基盤部に設置される発電機および当該内空円筒の回転エネルギーを当該発電機に伝達するためのエネルギー伝達部材と、を備えてなる発電装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の装置であって、前記内空円筒をその円心軸回りの回転が阻害されない状態で外力に対して安定支持するための据付部材と、当該内空円筒を当該据付部材により据え付ける対象でありそれ自体が地盤等の不動部に固定される安定基盤部と、安定基盤から支持され当該内空円筒に結合された発電機と、を備えてなる発電装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の装置であって、前記内空円筒に結合された発電機と、当該発電機を支持する安定基盤部と、を備えてなる発電装置。
【請求項６】
請求項３〜５に記載の発電装置であって、前記内空円筒および前記安定基盤部と連結されており流体の上流側に面した流入口と他の一面の部分が開口した流体集積槽を具備し、当該流体集積槽の流入口より集積した流体を当該流体集積槽の他の一面の部分を通じて当該内空円筒に送り込むことを特徴とする発電装置。
【請求項７】
流体が液体の場合で、前記安定基盤部を浮体として前記内空円筒を液体中に懸架し、当該浮体を液体の水位変動に対する追従が可能な状態で不動部に連結させた請求項３〜６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記安定基盤部として壁面を利用することを特徴とする請求項３〜５に記載の発電装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月6日(2012.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体エネルギーの利用において、その一端が流体の流入口として開口し他の一端が閉じてあり、その側部においてその円心軸と直交する面におけるその外円周の接線に平行な方向に直面してその合計面積が流入口の面積と同程度になるように開口させた流出口が同一回り方向に一つ以上設けられてある内空円筒を、流体のエネルギーを受ける回転体とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内空円筒において、他の一端は開口しているが分離している止水板をあてがうことによりふさがれてある内空円筒とする装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の装置であって、前記内空円筒をその円心軸回りの回転が阻害されない状態で外力に対して安定支持するための据付部材と、当該内空円筒を当該据付部材により据え付ける対象でありそれ自体が地盤等の不動部に固定される安定基盤部と、当該安定基盤部に設置される発電機および当該内空円筒の回転エネルギーを当該発電機に伝達するためのエネルギー伝達部材と、を備えてなる発電装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の装置であって、前記内空円筒をその円心軸回りの回転が阻害されない状態で外力に対して安定支持するための据付部材と、当該内空円筒を当該据付部材により据え付ける対象でありそれ自体が地盤等の不動部に固定される安定基盤部と、安定基盤から支持され当該内空円筒に結合された発電機と、を備えてなる発電装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の装置であって、前記内空円筒に結合された発電機と、当該発電機を支持する安定基盤部と、を備えてなる発電装置。
【請求項６】
請求項３〜５に記載の発電装置であって、前記内空円筒および前記安定基盤部と連結されており流体の上流側に面した流入口と他の一面の部分が開口した流体集積槽を具備し、当該流体集積槽の流入口より集積した流体を当該流体集積槽の他の一面の部分を通じて当該内空円筒に送り込むことを特徴とする発電装置。
【請求項７】
流体が液体の場合で、前記安定基盤部を浮体として前記内空円筒を液体中に懸架し、当該浮体を液体の水位変動に対する追従が可能な状態で不動部に連結させた請求項３〜６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記安定基盤部として壁面を利用することを特徴とする請求項３〜５に記載の発電装置。