CN101855445B - 水流发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种水流发电装置，具备利用水流(11)旋转的水中旋转体(32)、将该水中旋转体(32)的前端(52)保持于水中的规定位置上的驱动侧液压泵(34)、将该驱动侧液压泵(34)支持的水中旋转体(32)的旋转动力传递到水面(9)的上方的动力传递部(40)、以及用该动力传递部(40)传递的动力驱动的配置于水面上方的发电机(39)，所述水中旋转体(32)具有从前端到后端形成为流线型的躯体部(51)、能够在该躯体部(51)的前端与所述驱动侧液压泵(34)之间在与水中旋转体的轴方向(43)交叉的方向上摇动的支持部(33)、以及从该躯体部(51)的周围辐射状突出的多个翼片(54)，能够长期稳定地进行发电。

Description

水流发电装置
技术领域
本发明涉及利用潮水或黑潮、河川的水流等水流进行发电的水流发电(本说明书和权利要求书中的「水流发电」包含「潮水发电」、「海流发电」、「河川发电」等全部利用水流进行的发电)装置。
背景技术
向来，利用天然能量的发电有水力发电和风力发电。一般的水力发电是利用水坝拦截的水下落的能量发电，在这种情况下，保持水位差是必要的，设置条件受到限制。另一方面，潮水或海流，或比较大的河川等有较大的水流(以下简称「水流」)，就有利用这种水流的自然能量进行发电的想法。例如在潮水的情况下，有由于潮水的涨潮和退潮产生巨大水流的地方，可以考虑在这样的地方利用水流进行发电。
作为这样利用潮水进行发电的技术，有在海中的固定位置设置中空的支持杆，在该支持杆上设置在海中的上层部分的潮水的作用下旋转的螺旋桨叶片和在下层部分的潮水作用下旋转的螺旋桨叶片，用上层部分和下层部分两股潮水驱动旋转的螺旋桨叶片的旋转力驱动设置于海面上的电站内的发电机进行发电的技术(参照例如专利文献1)。
又，作为利用水流进行发电的技术，有在河川的水底打桩，在该桩上设置可升降的浮体，而该浮体具备具有在自然水流作用下旋转的旋转体(螺旋桨叶片)的发电设备(参照例如专利文献2)。
专利文献1：日本国特愿开2002-257023号公报
专利文献2：日本国特愿开2004-169564号公报
发明内容
但是，上述专利文献1的潮水发电装置和专利文献2的水流发电设备，借助于水流旋转的螺旋桨叶片是从中央轮毂垂直地辐射状配置的多个翼片，因此会被水中浮游物(绳索、木片等)缠绕或冲击，难以持续稳定运用。
又，在与水流垂直的方向上延伸的螺旋桨叶片上作用的水流，在作用于螺旋桨上时常常改变流速和流动方向，因此为了保持螺旋桨叶片的稳定的强度会导致重量增加等情况的发生，有时候难于高效率发电。
而且在专利文献2的情况下，采用发电机设置于水中的结构，所以为了实现发电机的防水密封，结构变得复杂，同时长时间保持稳定的防水密封状态是困难的。
因此，本发明的目的在于，提供能够利用在水流作用下稳定旋转的水中旋转体高效率地取得旋转动力，实现长时间稳定发电的水流发电装置。
为了实现上述目的，本发明的水流发电装置，具备：利用水流旋转的水中旋转体、将该水中旋转体的前端保持于水中的规定位置上的保持部、将该保持部保持的水中旋转体的旋转动力传递到水面上方的动力传递部、以及用该动力传递部传递的动力驱动的，配置于水面上方的发电机，所述水中旋转体具有从前端到后端形成为流线型的躯体部、能够在该躯体部的前端与所述保持部之间在与水中旋转体的轴方向交叉的方向上摇动的支持部、以及从该躯体部的周围辐射状突出的多个翼片。该说明书和权利要求书的文件中的「流线型」是指「橄榄球形」「椭圆形」「豆荚形」等前端和后端缩小，中间鼓出的流线形。又，「发电机」包含「涡轮发电机」。借助于此，水中旋转体的设置于流线型躯体部的周围的翼片受水流的作用而旋转，同时借助于前端的支持部在与水中旋转体轴的方向交叉的方向上摇动同时旋转，其旋转动力从动力传递部传递给配置于水面的上方的发电机进行发电，因此能够抑制水中浮游生物缠绕的情况同时缓和发生冲突时的冲击，能够进行长时间高效率的发电。
又可以使所述水中旋转体的躯体部形成为中空状，设置与外部连通的连通孔以使水能够进入该躯体部。借助于此，能够将水引入中空的水中旋转体内部，能够使在水中的水中旋转体的姿势稳定。
而且又可以将所述连通孔设置于躯体部的前端和后端。借助于此，使从躯体部的前部进入的水从后端排出，能够谋求旋转的水中旋转体的姿势的稳定化。
又，在所述水中旋转体的躯体部内具有向该躯体部内注入气体使水中旋转体浮在水上的气体注入机构。如果借助于此在使水中旋转体上浮时用气体注入机构在躯体部内注入气体，则能够使水中旋转体迅速上浮。
而且也可以在所述翼片内部形成中空部，在该中空部内注入使其上浮的气体。借助于此，水中旋转体即使是从保持部取下，也能够自动上浮，因此容易回收。
又可以在从与躯体部接合的接合基部向后方倾斜的同时绕着该躯体部的外周卷绕地形成翼片，将从水中旋转体的正面上看的该翼片的后端延伸到相邻的翼片的接合基部。借助于此，能够用翼片在躯体部的周围形成宽大的翼面，用该翼面承受水流使水中旋转体稳定地旋转。
而且也可以所述动力传递部用具有以所述水中旋转体驱动的驱动侧液压泵和用该驱动侧液压泵提供的液体驱动，使所述发电机旋转的从动侧液压泵的液压驱动机构构成。本说明书和权利要求书等文件中的「液压泵」使用的「液体」，是使用例如「油」或与油具有同等粘度的液体。借助于此，将水中旋转体的动力变换为液体的流量传递到水面上方，在水面上方将该流量变换为旋转动力，使发电机旋转，因此能够比较容易地从水中的多个地方将动力传递到水面的上方。
而且也可以所述驱动侧液压泵采用低速旋转泵，所述从动侧液压泵采用高速旋转泵。借助于此，如果驱动侧液压泵一侧的液体循环软管采用大直径软管，从动侧液压泵一侧的液体循环软管采用小直径软管，则根据伯努利定理，能够用低速旋转的水中旋转体驱动的驱动侧液压泵排出的液体使从动侧液压泵高速旋转，利用该高速旋转的从动侧液压泵驱动的发电机进行高输出的发电。
而且也可以所述动力传递部用具有以所述水中旋转体驱动的驱动轴和与该驱动轴连结，使所述发电机旋转的从动轴的增速驱动机构构成。借助于此，能够实现动力传递损失少的可靠的动力传递。
而且也可以所述动力传递部用具有以所述水中旋转体驱动的可挠性轴、以及与该可挠性轴连结，使所述发电机旋转的增速驱动机构的可挠性轴驱动机构构成。借助于此，能够比较简单地组装使水中旋转体旋转，对发电机进行驱动的结构。
而且也可以在所述动力传递部为液压驱动机构或增速驱动机构的结构中，所述保持部具有固定于水底的框体、位于该框体的上部，将所述发电机配置于水面上方的机器配置部、以及使所述水中旋转体与动力传递部沿着所述框体升降的升降部。借助于此，能够使水中旋转体升降到适于发电的水流的位置，进行更高效率的发电。
而且如果所述升降部具有以规定的间隔使多个所述水中旋转体沿着框体升降的功能，则能够使多个水中旋转体分别升降到适于发电的水流的位置，用多个水中旋转体进行更高效率的发电。
而且也可以在所述动力传递部为可挠性轴驱动机构的结构中，所述保持部具备浮在水面上的浮体和将该浮体保持于规定的位置上的碇。借助于此，不需要大规模的工程，就能够比较简单地将水流发电装置设置于规定的位置上。
本发明利用以上说明的手段，能够利用水流长时间稳定地取得旋转动力高效率地进行发电。
附图说明
图1是本发明第1实施形态的水流发电装置的立体图。
图2是图1所示的水流发电装置的部分放大侧面图。
图3是本发明第2实施形态的水流发电装置的放大侧面图。
图4是图3所示的水流发电装置的部分剖开的部分放大侧面图。
图5是图4所示的V-V剖面图。
图6是表示图3所示的水流发电装置的水中旋转体的周围的流体流动的示意侧面图。
图7是图4所示的VII-VII向视图。
图8是本发明第3实施形态的水流发电装置的侧面图。
图9是本发明第4实施形态的水流发电装置的立体图。
图10是表示图9所示的水流发电装置的平面图。
图11是图9所示的水流发电装置的部分放大剖面图。
图12是表示本发明第5实施形态的水流发电装置的一部分的侧面图。
图13是图12所示的XIII-XIII剖面图。
图14是图12所示的水流发电装置的部分放大侧面图。
图15是表示本发明的水流发电装置的水中旋转体的另一例子的放大部分侧面图。
图16是表示本发明的水流发电装置的水中旋转体的另一例子的放大部分立体图。
图17是图16所示的水中旋转体的背面图。
图18是图16所示的水中旋转体的翼片的剖面图。
图19是表示与图16所示的水中旋转体翼片形状不同的水中旋转体的例子的立体图。
符号说明
1    水流发电装置
2    框体
3    机器配置部
6    垂直构件
9    水面
10   水中旋转体
11    水流
13    躯体部
14    翼片
15    支持部
20    发电机
23    动力传递部
24    保持部
30    水流发电装置
31    垂直构件
32    水中旋转体
33    支持部
34    驱动侧液压泵
35    液体循环软管
36    卷取机
37    液体循环软管
38    从动侧液压泵
39    涡轮发电机
40    动力传递部
41    车辆
42    下游侧侧壁
45    万向节机构
51    躯体部
52    前端
53    后端
54    翼片
55    连通孔
60    水流发电装置
63    浮体
67    支持部
71    发电机
74        动力传递部
80        水流发电装置
81        框体
84        垂直构件
85        机器配置部
86        发电机
87        支持筒
88        外筒
89        内筒
98        支持部
110       水流发电装置
113       机器配置部
114       发电机
119       可挠性轴
123       支持部
130       水中旋转体
131       躯体部
132       二氧化碳用高压容器
140、150  水中旋转体
141、151   翼片
151        翼片
具体实施方式
下面根据附图对本发明一实施形态进行说明。图1是本发明第1实施形态的水流发电装置的立体图。图2是图1所示的水流发电装置的部分放大侧面图。该第1实施形态以海流或河川发电为例，是用一个方向来的水流进行发电的例子。
如图1所示，该实施形态的水流发电装置1具有组成为橹状的矩形的框体2以及设置于该框体2的上部中央的机器配置部3。框体2利用设置于上端的多个上部水平构件4、设置于下端的多个下部水平构件5、以及设置为将上部水平构件4和下部水平构件5加以连接的多个垂直构件6(支柱)形成为矩形。在上部水平构件4的上部设置能够通过该上部水平构件4上行走的吊车(crane)7。框体2其下端固定于水底8，形成为机器配置部3位于水面9的上方的大小。例如该框体2的大小形成为各宽度方向约150m左右，高度约100m左右的矩形。
而且在这样的框体2的垂直构件6上配设多个水中旋转体10。在该实施形态中，1支垂直构件6上配设4个水中旋转体10。该水中旋转体10承受图中箭头所示方向来的水流11。
如图2所示，上述水中旋转体10具有在垂直构件6上支持着而且前端12能够旋转的流线型躯体部13，在该躯体部13的周围辐射状设置多片翼片14。在该例子中，3片翼片14等间隔辐射状设置，从躯体部13的轴方向中央部向后端以规定的扭转角扭转。该水中旋转体10的支持部15由垂直构件6支持在横方向上，在这样的状态下躯体部13能够在与水中旋转体轴方向相交的方向上移动。该支持部15采用万向节机构45(与下述图4结构相同)。借助于此，水中旋转体10在其前端12一侧保持于垂直构件6的规定位置上的状态下，后端侧沿着水流11摇动，躯体部13与翼片14成一整体旋转同时在水中游动。这种水中旋转体10采用长度方向约20m左右，旋转直径约8m左右的结构。又，水中旋转体10的材料采用纤维增强塑料(FRP)或碳纤维增强塑料(CFRP)等树脂或金属。如果水中旋转体10采用钛合金制造，则即使在水中也不会生锈，可以半永久性使用。
在该水中旋转体10的支持部15的前端，设置与水中旋转体10成一整体旋转的伞形齿轮16，该伞形齿轮16与垂直配置于垂直构件6的内部的动力传递轴17的伞形齿轮18啮合。动力传递轴17旋转自如地用轴承19支持于垂直构件6。该动力传递轴17上端设置伞齿轮18，该伞齿轮18与在水面9上方配置于水平方向的发电机20的轴21的伞齿轮22啮合。这些构件是动力传递部23，用伞齿轮18将支持部15的前端的伞齿轮16支持于规定位置的结构是保持部24。发电机20最好采用低转速大输出的多极型同步发电机，例如采用具有2000kw左右的发电能力的发电机。
如果采用具有如上所述构成的水流发电装置1，则借助于沿着水流11游动着一边摇动一边旋转的水中旋转体10，能够得到旋转动力，将该旋转动力通过动力传递轴17引向水面9的上方，用该动力传递轴17使发电机20旋转进行发电。例如上述水中旋转体10如上所述形成为长度约20m，旋转直径约8m的结构，将具备该水中旋转体10的水流发电装置1配置于3节的水流11中时，用1个水中旋转体10能够发电约500kw。
从而，如图1所示，作为设置多个水中旋转体10的水流发电装置1，如果将例如设有48个水中旋转体10的一个单元设置于3节的海流中，由于1个水中旋转体10如上所述大约发电500kw，因此一个单元大约能够发电24000kw。因此如果在海中设置51个单元，则能够发出相当于1个大型原子能发电站的1224MW的电力。
图3是本发明第2实施形态的水流发电装置的放大侧面图，图4是图3所示的水流发电装置的部分剖开的部分放大侧面图，图5是图4所示的V-V剖面图，图6是表示图3所示的水流发电装置的水中旋转体的周围的流体流动的示意侧面图，图7是图4所示的VII-VII向视图。该第2实施形态的水流发电装置30用液压驱动机构构成上述实施形态的齿轮驱动机构的动力传递部23。还有，对与上述第1实施形态相同的结构标以相同的符号并省略其详细说明。
如图3所示，该实施形态的水流发电装置30在从机器配置部3向下方设置的垂直构件31(支柱)的内部设置驱动侧液压泵34，在该驱动侧液压泵34上连结水中旋转体32的支持部33。这样，一旦水中旋转体32旋转，该水中旋转体32的支持部33对驱动侧液压泵34进行旋转驱动能够得到动力。
使液体向上述驱动侧液压泵34循环的液体循环软管35通过上述垂直构件31内部被引向机器配置部4的上部。该液体循环软管35被卷绕在机器配置部3的上部设置的卷绕机36上。液体循环软管35为了使液体循环，设置有两条。在机器配置部3的上部设置有来自上述驱动侧液压泵34的液体进行旋转驱动的从动侧液压泵38和用该从动侧液压泵38进行旋转驱动的涡轮发电机39。在卷绕机36与从动液压泵38之间用液体循环软管37连结。这些驱动侧液压泵34、从动侧液压泵38、液体循环软管35、37形成动力传递部40。
还有，这些液压泵34、38采用油压泵等，但是在采用「油」的情况下，考虑到「关于防止海洋污染等以及海上救灾的法律」，不能够使油污漏到海中，因此最好是采用与油有相同粘度的液体(例如钡等)。
也如图4所示，驱动侧液压泵34能够借助于在上下位置上设置的车轮41沿着垂直构件31的下游侧侧壁42升降，借助于此，能够与驱动侧液压泵34成一整体地使水中旋转体32沿着垂直构件31升降。
如图5所示，驱动侧液压泵34上设置的上述车轮41在驱动侧液压泵34的两侧部在上下方向上保持距离设置4个，借助于这4个车轮41，水中旋转体32与以可旋转的状态支持该水中旋转体32的驱动侧液压泵34成一整体沿着作为轨道形成于垂直构件31的下游侧侧壁42升降。在本实施形态中，驱动侧液压泵34构成水中旋转体32的支持部。
又，上述液体循环软管35采用具有规定的硬度的软管，因此如图3所示，能够用设置于水面9的上方的机器配置部3的卷绕机36卷绕液体循环软管35，使水中旋转体32与该液体循环软管35成一整体上升。在本实施形态中，使水中旋转体32下降时驱动侧液压泵34等借助于自重下降，使水中旋转体32上升时用卷绕机36卷绕液体循环软管35成一整体使其上升。还有，作为使水中旋转体32上升的方法，也可以设置上述图2所示的行走吊车7，用该行走吊车7的悬吊钢缆使水中旋转体32上升。
而且，也可以驱动侧液压泵34采用低速旋转液压泵，从动侧液压泵38采用高速旋转液压泵，驱动侧液压泵34一侧采用大直径液体循环软管35，从动侧液压泵38一侧采用小直径液体循环软管37，这样在驱动侧液压泵34一侧用水中旋转体32能够得到低速旋转(例如30～40rpm)高转矩的液压，在从动侧液压泵38一侧使该液压为高速旋转(例如1000rpm)低转矩的液压，使从动侧液压泵38高速转动，对涡轮发电机39进行高速旋转驱动，进行发电。
也就是说，通过使驱动侧液压泵34一侧的液体循环软管35、37为大直径软管，使从动侧液压泵38一侧的液体循环软管35、37为直径软管，根据伯努利定理，能够在涡轮发电机39的从动侧液压泵38一侧得到高速旋转动力，使得涡轮发电机39高速旋转，进行高输出的稳定的发电。
而且在驱动侧液压泵34的水流下游侧(图中的右侧)支持水中旋转体32的支持部33采用万向节机构45。该万向节机构45分别用销子49、50连结水中旋转体32的躯体部51的前端52上设置的前端连结构件46、中间连结构件47、泵连结轴48(驱动轴)，借助于错开90°配置的2个销子49、50，水中旋转体32能够一边旋转一边在与水中旋转体轴方向43交叉的方向上摇动。从而，用这样的万向节机构45支持的水中旋转体32，在支持部33的前端由驱动侧液压泵34保持于规定位置的状态下，其后端侧沿着水流一边摇动一边旋转。
而且将水中旋转体32做成中空体，用上述万向节机构45支持，这样即使是水中流过的浮游物接触到水中旋转体32，水中旋转体32也容易摇动，减少浮游物的缠绕同时缓和其冲击，能够长时间稳定地进行发电。
又如图6所示，通过将水中旋转体32做成躯体部51的水流方向中央部为大直径，前端52和后端53缩小的流线型，能够在躯体部51的中央附近加快水流11的流速使其流向翼片54，因此即使是用长度较短的水中旋转体32也能够得到稳定的旋转动力。而且通过使水流11加快，能够抑制在水中漂流的藻类和绳索等在翼片54上的缠绕。
而且如图7所示，在本实施形态的水中旋转体32的躯体部51设置使水能够进入中空的内部的连通孔55。该连通孔55设置于躯体部51的前部和后端53(图4)，从前部的连通孔55进入的水从后端的连通孔55排出。这样，通过使水进入躯体部51中，即使是水中旋转体32所处的水深有变化，水中旋转体32也不会有太大的上浮和下沉，能够稳定旋转。
如果采用这样的第2实施形态的水流发电装置30，通过水中旋转体32的旋转，支持部33对驱动侧液压泵34进行旋转驱动，将该驱动侧液压泵34排出的加压液体从液体循环软管35提供给设置于水面9的上方的从动侧液压泵38，对从动侧液压泵38进行驱动，可以用该从动侧液压泵38对涡轮发电机39进行旋转驱动来发电。
因此，如果采用这种水流发电装置30，即使是用上层水流和下层水流流速不同的水流11进行发电等情况下，也用各水中旋转体32对驱动侧液压泵34进行驱动，利用排出的加压液体使从动侧液压泵38旋转，因此能够在吸收各水中旋转体32的转速差的状态下使从动侧液压泵38旋转，用涡轮发电机39进行发电，能够用不同流速的水流11进行稳定发电。
也就是说，不是将水中旋转体的转动能量机械地传递，而是将其变换为液压能量引向水上，在水上再度变换为旋转能量对涡轮发电机39进行旋转驱动，因此能够用从不同转速的水中旋转体32得到的动力稳定地驱动同一涡轮发电机39。
又，在该实施形态的水流发电机30的情况下，通过使驱动侧液压泵34升降，能够容易地使水中旋转体32升降到任意位置，因此也能够容易地将水中旋转体32配置于水流的流速大的位置(水深)。
图8是本发明第3实施形态的水流发电装置的侧面图。该第3实施形态的水流发电装置60采用借助于以碇61保持位置的链条62浮在水面9上的浮体63(以下简称「浮体」)代替上述第1实施形态中的框体2。该第3实施形态以潮水发电为例，是能够用任意方向来的水流进行发电的例子。还有，在本实施形态中也是对与上述第2实施形态相同的结构标以相同的符号并省略其详细说明。而且在该实施形态中，用上述第2实施形态的水中旋转体32进行说明。
如图所示，在本实施形态的水流发电装置60中，从浮在水面9的浮体63的一端向下方设置整流板64，该整流板64的内部设置利用轴承75可旋转自如地支持着从动轴65。整流板64相对于固定在浮体63下表面的链条62偏向一方设置，连接在碇61上的链条62位于水流11的上游侧，因此该整流板64经常位于水流11的下游侧。
上述从动轴65，其下端设置的伞齿轮66与在水中旋转体32的支持部67上设置的驱动轴68的伞齿轮69啮合。驱动轴68由轴承76旋转自如地支持着。在本实施形态中，也是支持部67采用万向节机构45。借助于此，一旦水中旋转体32旋转，驱动轴68的伞齿轮69就旋转，该伞齿轮69通过伞齿轮66使从动轴65旋转。该从动轴65的上部连接于设置在水上的驱动侧皮带轮70上。浮体63的上部设置发电机71，设置于该发电机71的轴上的从动侧皮带轮72通过皮带73借助于上述驱动侧皮带轮70驱动。驱动侧皮带轮70直径较大，从动侧皮带轮72直径较小，因此能够借助于他们的直径差增速，使发电机71高速旋转进行发电。使该发电机71转动的结构是动力传递部74，是增速驱动机构。
如果采用这样的水流发电装置60，则将浮体63固定于任意位置，例如像潮水发电那样，水流11的方向即使发生变化，水中旋转体32的前端52也常常向着上游侧转动360°，因此水中旋转体32总是能够借助于水流11旋转使发电机71旋转进行发电。而且利用该水流发电机60，水中旋转体32借助于支持部67的万向节机构45沿着水流11游动着一边摇动一边旋转，因此能够抑制浮游物等的缠绕并缓和其冲击进行与水流11相应的发电。
图9是本发明第4实施形态的水流发电装置的立体图，图10是表示图9所示的水流发电装置的平面图，图11是图9所示的水流发电装置的部分放大剖面图。在本实施形态也用上述第2实施形态的水中旋转体32进行说明。本实施形态的水流发电装置80是在组装为橹状的框体81的中央部具有水中旋转体32的例子。还有，在本实施形态中，也对与上述第2实施形态相同的结构标以相同的符号并省略其详细说明。
如图9、10所示，该水流发电装置80的框体81是在水底8固定的下部水平构件82、距离水面9规定距离的水面上方设置的上部水平构件83、以及连接这些构件的垂直构件84构成的。上部水平构件83的中央部设置机器配置部85，在该机器配置部85上配置发电机86。
如图11所示，从机器配置部85的中央部向下方设置支持筒87。该支持筒87由外筒88和内筒89形成双重结构，外筒88固定于机器配置部85的下表面，内筒89由轴承90支持，能够在该外筒88内部旋转。在该内筒89的内部，将从动轴91设置于垂直方向。从动轴91由轴承92可旋转地加以支持。
在内筒89下端设置盖部93，该盖部93的内部设置对从动轴91进行旋转驱动的伞齿轮94。又在盖部93内部将利用水中旋转体32的旋转使其旋转的驱动轴95设置于水平方向，在该驱动轴95上设置的伞齿轮96与上述从动轴91的伞齿轮94啮合。该驱动轴95借助于设置在盖部93内的轴承97可旋转地加以支持。该驱动轴95也利用由偏开90°的两支销子49、50连接的前端连接构件46和中间连接构件47构成的万向节机构45的支持部98，与水中旋转体32连接。
如果采用本实施形态的水流发电装置80，则内筒89旋转，水中旋转体32的前端52向着水流11的上游侧，一旦水中旋转体32在水流11的作用下旋转，则驱动轴95通过伞齿轮96、94使从动轴91旋转。该从动轴91一旦旋转，如图9、10所示，机器配置部85的上部设置的驱动齿轮99就旋转，在该驱动齿轮99的作用下，发电机86的从动齿轮100旋转，发电机86进行发电。该驱动齿轮99做成大直径齿轮，从动齿轮100做成小直径齿轮，因此能够使发电机86增加速度，高效率地进行发电。这种结构就是增速驱动机构。
又，这种水中旋转体32也借助于在前端52的支持部98上设置的万向节机构45沿着水流11一边摇动一边旋转地游动，因此即使是碰到水中的浮游物也能够避免壁被缠绕同时缓和其冲击，能够稳定地长时间地旋转。
图12是表示本发明第5实施形态的水流发电装置的一部分的侧面图，图13是图12所示的XIII-XIII剖面图，图14是图12所示的水流发电装置的部分放大侧面图。本实施形态是水深较浅的情况等，用接近于水面9的位置上的水流11进行发电的情况下的理想的例子。还有，在该实施形态中也用上述第2实施形态的水中旋转体32进行说明。又，在本实施形态中，也对与上述第2实施形态相同的结构标以相同的符号并省略其详细说明。
如图12所示，本实施形态的水流发电装置110具有用链条111固定在水底的碇(未图示)上，浮出水面9的浮体112。该浮体112的上表面构成水上的机器配置部113，在该机器配置部113上设置发电机114、以及用皮带116驱动该发电机114的从动皮带轮115的驱动皮带轮117。这些结构就是增速驱动机构。
在浮体112的下面设置在水中向下延伸的轴导向部118。该轴导向部118如图13所示，其断面形成为流线型，在内部设置可挠性轴119。如图12所示，该可挠性轴119的上端与上述驱动皮带轮117连结，利用该可挠性轴119使驱动皮带轮117旋转。又，可挠性轴119的上部由设置于机器配置部113的轴承121旋转自如地加以支持。该可挠性轴119采用硬钢丝或软钢丝组合卷绕，或弹簧材料组合卷绕的轴。这种可挠性轴119也可以在中心放入金属丝以提高强度。
如图14所示，可挠性轴119下部利用设置于轴导向部118下部的轴承120旋转自如地加以支持。在轴承120的外侧设置密封构件122。该可挠性轴119下端利用万向节机构45的支持部123与水中旋转体32的前端52连结。该万向节机构45也利用由错开90°配置的两支销子49、50连结的前端连结构件46与中间连结构件47构成。
如果采用这种水流发电装置110，在比较接近水面的水深，水中旋转体32可以沿着水流11一边摇动一边旋转，通过可挠性轴119使发电机114旋转进行发电。在比较接近水面的位置能够得到充分的速度的水流11时采用本实施形态。
图15是表示本发明的水流发电装置的水中旋转体的另一例子的放大部分侧面图。还有，在这一例子中，对与上述第2实施形态相同的结构标以相同的符号进行说明。该水中旋转体130是适合水中旋转体130偏离垂直构件31的情况或想要使水中旋转体130迅速上浮的情况等的例子。
如图所示，在水中旋转体130的中空状躯体部131内部设置容纳二氧化碳的钢瓶132。在该容纳二氧化碳的钢瓶132上设置喷射杠杆133，该喷射杠杆133与固定于驱动侧液压泵34的泵连结轴48的法兰134用钢丝135连结。
如果采用这样的水中旋转体130，即使是水中旋转体130在万向节机构45的部分脱开从垂直构件31分离开，钢丝135也会自动断开，二氧化碳气体会向躯体部131内喷射，因此该气体会使水中旋转体130自动上浮。从而，即使是水中旋转体130脱离垂直构件31的情况下，由于水中旋转体130漂浮在水面9上，因此能够迅速回收。
又，如果能够远距离操作上述容纳二氧化碳的钢瓶132的喷射杠杆133，则能根据需要使容纳二氧化碳的钢瓶132内的气体向躯体部131内喷射，使水中旋转体130迅速上浮。在这一例子中，在躯体部131内设置容纳二氧化碳的钢瓶132，但是也可以设置容纳气体的钢瓶。
图16是表示本发明的水流发电装置的水中旋转体的另一例子的侧面图，图17是图16所示的水中旋转体的背面图，图18是图16所示的水中旋转体的翼片的剖面图。如图16所示，该水中旋转体140，其翼片141的形状不同于上述实施形态。该翼片141一边从作为与躯体部142的结合基部的前端以平缓的角度向后方倾斜一边卷绕着躯体部142的外周延伸形成。在该例子中，如图17所示，设置3片翼片141，各翼片141后端延伸到接近邻近的翼片141的结合基部的位置，由这些翼片141在躯体部142周围形成在正面看来(图17中背面看来)比较宽的翼面143。该翼片141的数目和形状等根据躯体部142的直径等条件决定即可。又，在这一例子中，通过将翼片141形成的翼面143的面积做得较宽，该翼面143能够对水流11产生巨大的抵抗力。借助于此，即使是在水流11比较缓慢的情况下，也能够保持水中旋转体140的姿势同时稳定地旋转。即使是该水中旋转体140，翼片141也能够只将前端固定于躯体部142，通过在后部与躯体部142之间设置间隙，即使是水中浮游物接触到翼片141，也容易流向后方。
又如图18所示，这一例子的翼片141的剖面形状形成为，前表面大致为平面，后表面为流线型的翼片断面。通过将翼片141做成这样的断面形状，在翼片141的前表面产生抵抗力在后表面产生升力，这些力的合力能够使水中旋转体140在水流11中一边保持旋转中心一边稳定地旋转。
而且在各翼片141内形成中空部144，各中空部144形成与躯体部142的内部区隔开来的独立的空间。在各中空部144内充入能够使水中旋转体140上浮的气体。该使水中旋转体上浮的气体采用空气等。通过这样在翼片141的内部设置中空部144，在该中空部144中充入空气，即使是水中旋转体140脱离垂直构件(图15)也会自动浮在水上，能够迅速回收。
图19是表示与图16所示的水中旋转体翼片形状不同的水中旋转体的例子的立体图。该例子的旋转体150与上述图16所示的水中旋转体140其翼片141的形状不同。如图所示，该水中旋转体150的翼片151从与躯体部152结合的结合基部、即前端以大角度向后方倾斜，一边围绕躯体部152的外周延伸形成。该水中旋转体150也设置3片翼片151，各翼片151的后端延伸到与相邻的翼片151的结合基部接近的位置，利用这些翼片151在躯体部152的周围形成在正面看来较宽的翼面153。这个例子的翼片151与上述翼片141相比翼面153的面积做得比较狭窄，同时翼片151向后方的倾斜角度比较大。通过采用这样的翼片151的形状，即使是水流11较快的情况下，也能够一边保持水中旋转体150的姿势一边稳定旋转。又，该水中旋转体150也只将翼片151的前端固定于躯体部152，通过在后部与躯体部152之间设置间隙，水中的浮游物体即使是与其接触也容易向后方流动。是采用像这个例子那样面积狭窄的翼面153，还是采用像上面所述的翼片141那样较宽的翼面143，根据水流11的速度等使用条件决定即可。
还有，将上述某实施形态的各结构加以组合是可以的，只要根据使用条件将各实施形态的结构适当组合即可，本发明不限于上述实施形态。
又，上述各实施形态中的万向节结构45只要是能够支持水中旋转体并且使其在与该水中旋转体轴方向交叉的方向上摇动的支持部即可，也可以是其他结构。
而且上述实施形态是表示一个例子，在不损害本发明的要旨的范围内可以有各种变更，本发明不限于上述实施形态。
工业应用性
本发明的水流发电装置可以使用于潮水或黑潮、河川等能够稳定地得到规定的水流的场所的水流发电。

Claims (12)

1.一种水流发电装置，其特征在于，具备
利用水流旋转的水中旋转体、
将该水中旋转体的前端保持于水中的规定位置上的保持部、
将该保持部保持的水中旋转体的旋转动力传递到水面上方的动力传递部、以及
用该动力传递部传递的动力驱动的配置于水面上方的发电机，
所述水中旋转体具有水流方向中央部为大直径，前端和后端形成为缩小的流线型的躯体部、能够在该躯体部的前端与所述保持部之间在与水中旋转体的轴方向交叉的方向上摇动的支持部、以及从该躯体部的周围辐射状突出的多个翼片，
在从与躯体部接合的接合基部的前端向后方倾斜的同时绕着该躯体部的外周卷绕地形成所述多个翼片，使从水中旋转体的正面上看的各翼片的后端延伸到接近相邻的翼片的接合基部，同时形成前表面为平面后表面为流线型的翼片断面。
2.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征在于，
使所述水中旋转体的躯体部形成为中空状，设置与外部连通的连通孔以使水能够进入该躯体部内。
3.根据权利要求2所述的水流发电装置，其特征在于，将连通孔设置于躯体部的前部和后端。
4.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征在于，在所述水中旋转体的躯体部内具有向该躯体部内注入气体使水中旋转体浮在水上的气体注入机构。
5.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征在于，在所述翼片内部形成中空部，在该中空部内注入使其上浮的气体。
6.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征在于，所述动力传递部用具有以所述水中旋转体驱动的驱动侧液压泵和用该驱动侧液压泵提供的液体驱动，使所述发电机旋转的从动侧液压泵的液压驱动机构构成。
7.根据权利要求6所述的水流发电装置，其特征在于，所述驱动侧液压泵采用低速旋转泵，所述从动侧液压泵采用高速旋转泵。
8.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征在于，所述动力传递部用具有以所述水中旋转体驱动的驱动轴和与该驱动轴连结，使所述发电机旋转的从动轴的增速驱动机构构成。
9.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征在于，所述动力传递部用具有以所述水中旋转体驱动的可挠性轴、以及与该可挠性轴连结，使所述发电机旋转的增速驱动机构的可挠性轴驱动机构构成。
10.根据权利要求6所述的水流发电装置，其特征在于，所述保持部具有
固定于水底的框体、
位于该框体的上部，将所述发电机配置于水面上方的机器配置部、以及
使所述水中旋转体与动力传递部沿着所述框体升降的升降部。
11.根据权利要求10所述的水流发电装置，其特征在于，所述升降部具有以规定的间隔使多个所述水中旋转体沿着框体升降的功能。
12.根据权利要求9所述的水流发电装置，其特征在于，所述保持部具备浮在水面上的浮体和将该浮体保持于规定的位置上的碇。
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