JP2017180294A - 水流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電を良好に行い得る条件をより緩和することができ、エネルギーを変換することができる範囲をより拡大し得る水流発電装置を提供する。【解決手段】水流発電装置１は、水流を受けることによって生じる揚力により回転力が発生する第１回転体１２を備えた揚力型水車１０と、水流を受けることによって生じる抗力により回転力が発生する第２回転体２２を備えた抗力型水車２０とを有する。そして、伝達部６は、揚力型水車１０の第１回転体１２で生じた回転力及び抗力型水車２０の第２回転体２２で生じた回転力を、発電機４に伝達する。【選択図】図１

Description

本発明は、水流発電装置に関するものである。

特許文献１には、潮流を利用して発電を行う装置の一例が開示されている。特許文献１で開示される潮流発電設備は、発電用の水車と発電機と拡散装置とを有する浮遊式の潮流発電装置を備える。そして、海底に固定された係留アンカーに係留ガイドヨークが回転自在に設けられ、係留ガイドヨークと潮流発電装置とが係留チェーンによって連結された構成をなす。

特開２００５−３５１２０１号公報

従来から提案されているこの種の発電装置は、特定の種類の水車のみが用いられていたため、この水車の特性に適した潮流状態であれば潮流エネルギーを効率的に回転力に変換することができるが、適さない潮流状態のときには効率的に回転力に変換できなかった。

一般的に、水車の効率(パワー係数)は、周速比(羽根の周速と流速との比率)の関数で表され、効率と周速比との関係は、羽根の形状によって異なることが知られている。例えば、ダリウス型の水車とサボニウス型の水車とを比較した場合、サボニウス型の水車は、相対的に低い周速比範囲で効率が大きくなり、ダリウス型の水車は、サボニウス型の水車よりも高い周速比範囲で効率が大きくなる。

このように、水車の形状によって効率的な周速比範囲が決まってしまうため、この周速比範囲を外れるような状態のときには効率的に水車を回転させることができず、発電の効率が低くなる。例えば、サボニウス型の水車を用いて発電を行う場合、周速比がサボニウス型の水車に適さない範囲（相対的に高い範囲）となるときには、効率的に水車を回転させることができず、発電効率が極めて低くなる。同様に、ダリウス型の水車を用いて発電を行う場合、周速比がダリウス型の水車に適さない範囲（相対的に低い範囲）となるときには、効率的に水車を回転させることができず、発電効率が極めて低くなる。このように、水車の形状によって効率的な周速比範囲が限定されてしまい、その範囲を外れると発電を良好に行うことができなかった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであって、発電を良好に行い得る条件をより緩和することができ、エネルギーを変換することができる範囲をより拡大し得る水流発電装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明は、水流を受けることによって揚力が生じるとともに揚力によって回転力が発生する第１回転体を備えた揚力型水車と、水流を受けることによって抗力が生じるとともに抗力によって回転力が発生する第２回転体を備えた抗力型水車と、を有する。更に、揚力型水車の第１回転体の回転力及び抗力型水車の第２回転体の回転力を、１又は複数の発電機に伝達する伝達部を有する。

本発明の水流発電装置は、揚力型水車と抗力型水車とを有し、これらに設けられた第１回転体及び第２回転体のそれぞれの回転力を伝達部によって発電機に伝達する構成をなす。このように構成されているため、揚力型水車と水流との関係が当該揚力型水車に適した状態のときには第１回転体を効率的に回転させることができ、少なくとも第１回転体の回転力を利用して発電機を動作させることができる。揚力型水車と水流との関係が当該揚力型水車に適していない状態であっても、抗力型水車と水流との関係が当該抗力型水車に適した状態であれば、第２回転体を効率的に回転させることができ、この第２回転体の回転力を利用して発電機を動作させることができる。

以上のように、本発明によれば、単一型式の水車のみを用いる構成と比較して、発電を良好に行い得る条件をより緩和することができ、エネルギーを変換することができる範囲をより拡大することができる。

本発明の水流発電装置は、伝達部が、揚力型水車の第１回転体の回転に連動して駆動し、第１流路内で流体を流動させる第１液圧ポンプと、抗力型水車の第２回転体の回転に連動して駆動し、第２流路内で流体を流動させる第２液圧ポンプとを有していてもよい。更に、本発明の水流発電装置は、第１流路及び第２流路に連通し、第１流路を流動する流体及び第２流路を流動する流体の共通の経路となる共通流路と、共通流路を流体が流れることに応じて動作し、発電機を駆動させる液圧モータと、を備えていてもよい。

この構成によれば、揚力型水車の第１回転体の回転力及び抗力型水車の第２回転体の回転力を、いずれも液圧モータの回転力に変換することができ、液圧モータは、より高いトルクで発電機を回転させることができる。また、各水車において単独では発電困難な回転数まで低下するような回転のばらつきが生じても、両水車の動作を反映した液圧モータの状態が発電可能な回転状態であれば発電を継続することができる。

本発明の水流発電装置は、揚力型水車の第１回転体の回転に連動し、第１液圧ポンプの回転部を、第１回転体の回転数よりも大きい回転数で回転させる第１増速部を有していてもよい。同様に、水流発電装置は、抗力型水車の第２回転体の回転に連動し、第２液圧ポンプの回転部を、第２回転体の回転数よりも大きい回転数で回転させる第２増速部を有していてもよい。

この構成によれば、第１液圧ポンプの回転部及び第２液圧ポンプの回転部のそれぞれを、対応する回転体の回転数よりも大きくすることができ、第１液圧ポンプ及び第２液圧ポンプの効率を高めることができる。

本発明の水流発電装置は、水上に浮く浮体を有していてもよい。揚力型水車は、第１回転体を水中に配置する構成で浮体に取り付けられ、抗力型水車は、第２回転体を水中に配置する構成で浮体に取り付けられていてもよい。

この構成によれば、揚力型水車及び抗力型水車を直接地上に固定せずに設けることができ、地上における必要スペースを削減することができる。しかも、揚力型水車及び抗力型水車を水底や地表等に完全に固定しなくても済み、これらの水車を浮体とともに移動することができる。また、水面が上昇したり下降しても、それに合わせて浮体が上昇又は下降するため、揚力型水車及び抗力型水車と水面との相対的な位置関係を大きく変化させることなく維持することができる。

本発明の水流発電装置は、発電機によって発生した電力を利用して発光する光源を有していてもよい。

この構成によれば、揚力型水車及び抗力型水車を利用した形で独立した電源を確保し、この電源に起因する電力によって光を発生するシステムを構築することができる。

本発明の水流発電装置に力を与える「水流」は、潮汐によって生じる潮の流れ（潮汐流）のみならず、海流などの水の流れも含む。以下の説明において、「潮流」とは、海で生じる水の流れ全般を指すものとする。また、本発明の水流発電装置の適用場所は、海に限定されず、河川、湖沼などにおける水流が生じ得る場所も含むこととする。

実施形態１の水流発電装置を例示する概略図である。 実施形態１の水流発電装置で用いる揚力型水車を例示する正面図である。 実施形態１の水流発電装置で用いる抗力型水車を例示する斜視図である。 実施形態１の水流発電装置の油圧回路図である。 実施形態１の水流発電装置の電気的構成を簡略的に例示するブロック図である。

＜実施形態１＞
本発明の水流発電装置を具体化した一例である実施形態１について、図面を参照しつつ説明する。
図１等で示す潮流発電装置１は、水流発電装置の一例に相当し、潮流のエネルギーを回転体の回転エネルギーに変換する変換装置である複数の水車（揚力型水車１０及び抗力型水車２０）と、水上に浮く浮体２とを有する。そして、浮体２に揚力型水車１０及び抗力型水車２０が取り付けられている。この潮流発電装置１は、揚力型水車１０及び抗力型水車２０にて生じた回転力を伝達部６によって発電機４に伝達し、発電機４を回転駆動させて発電する構成をなす。

浮体２は、浮力によって海に浮かぶように構成された物体であり、一部が海面下に位置し、残りが海面上に位置するように用いられるものである。図１の例では、浮体２は、本体部２Ａが平面視矩形状の構成をなしており、本体部２Ａの上面部が海面よりも上に配置される。この浮体２は、例えば本体部２Ａそのものが水に浮く構造であってもよく、本体部２Ａに水に浮く部分（浮き部）が複数連結された構造であってもよい。浮体２の本体部２Ａは、伝達部６の一部が搭載される部分であり、且つ揚力型水車１０及び抗力型水車２０を保持する部分である。本体部２Ａの下面部は、例えば海面よりも下に位置するように水中に配置され、この下面部よりも下方に延びる形で揚力型水車１０の第１回転体１２及び抗力型水車２０の第２回転体２２が配置されている。

浮体２は、連結部となる橋６２によって陸地部６０に連結されている。陸地部６０は、例えば、防波堤、桟橋、岸壁部として構成されている。浮体２は、橋６２によって陸地部６０に連結されているため、海上に浮かびながら陸地部６０の付近で留まることになる。なお、浮体２は海底に沈められた碇などに連結されていてもよい。

揚力型水車１０は、例えばダリウス水車などの揚力型垂直軸水車として構成されている。図２には、ダリウス水車として構成された揚力型水車１０を例示している。揚力型水車１０は、潮流を受けることによって揚力が生じるとともに揚力によって回転力が発生する第１回転体１２と、この第１回転体１２の回転の中心部となる回転軸部１２Ｄを回転可能に保持する軸受部１３とを備える。揚力型水車１０は、第１回転体１２を水中に配置する構成で浮体２に取り付けられている。揚力型水車１０の軸受部１３は、例えば図１で示す浮体２の本体部２Ａに固定されており、第１回転体１２は、軸受部１３が固定された本体部２Ａの下面部よりも下方側に延びる構成で取り付けられている。

図２で示す揚力型水車１０（ダリウス水車）は、回転軸部１２Ｄに３つの翼部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが連結された三枚翼水車として構成される。この揚力型水車１０は、回転軸部１２Ｄが延びる方向と交差する方向の潮流（水流）が生じているときに、この潮流を受ける翼部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃにて揚力が生じ、この揚力によって各翼部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに周方向の力が発生する。この力によって第１回転体１２が水中で回転する。なお、ダリウス水車の回転原理は公知であるので原理の詳細な説明は省略する。

抗力型水車２０は、例えばサボニウス水車などの抗力型垂直軸水車として構成されている。図３には、サボニウス水車として構成された抗力型水車２０を例示している。この抗力型水車２０は、潮流を受けることによって抗力が生じるとともに抗力によって回転力が発生する第２回転体２２と、この第２回転体２２の回転の中心部となる回転軸部２２Ｄを回転可能に支持する軸受部２３を備える。抗力型水車２０は、第２回転体２２を水中に配置する構成で浮体２に取り付けられている。抗力型水車２０の軸受部２３は、例えば図１で示す浮体２の本体部２Ａに固定されており、第２回転体２２は、軸受部２３が固定された本体部２Ａの下面部よりも下方側に延びる構成で取り付けられている。

図３で示す抗力型水車２０（サボニウス水車）は、回転軸部２２Ｄと、回転軸部２２Ｄに連結された上支持板部２２Ｅ及び下支持板部２２Ｆとを備える。抗力型水車２０は、上支持板部２２Ｅ及び下支持板部２２Ｆに２つの翼部２２Ａ，翼部２２Ｂが連結されており、２枚翼のサボニウス水車として構成されている。回転軸部２２Ｄは、円盤状に構成された上支持板部２２Ｅの中央部に下端部が連結されている。翼部２２Ａ，２２Ｂは、２個の半円筒部材によって構成されており、回転軸部２２Ｄの中心軸（回転中心）を中心として対称に配置されている。翼部２２Ａ，２２Ｂはいずれも、上端部が上支持板部２２Ｅに連結され、下端部が下支持板部２２Ｆに連結されている。このように構成された抗力型水車２０は、例えば回転軸部２２Ｄの方向と交差する方向の潮流（水流）が生じている場合にこの潮流を受ける翼部２２Ａ，２２Ｂにて抗力が生じ、この抗力によって各翼部２２Ａ，２２Ｂに周方向の力が発生する。この力によって第２回転体２２が水中で回転する。なお、サボニウス水車の回転原理は公知であるので原理の詳細な説明は省略する。

図１で示す伝達部６は、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転力及び抗力型水車２０の第２回転体２２の回転力を発電機４に伝達する装置である。この伝達部６は、第１増速器１４、第２増速器２４、第１液圧ポンプ１５、第２液圧ポンプ２５、第１流路１６、第２流路２６、共通流路３０、液圧モータ４０などを備える。

第１増速器１４は、第１増速部の一例に相当し、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転に連動し、第１液圧ポンプ１５の回転部を、第１回転体１２の回転数よりも大きい回転数で回転させる装置である。第１増速器１４は、例えば、複数の歯車によって回転速度を増大させる歯車増速機として構成されている。第１増速器１４は、第１回転体１２の回転軸部１２Ｄを入力軸部とし、第１液圧ポンプ１５の回転部に連結された回転軸部１４Ｄを出力軸部として構成される。そして、第１増速器１４は、回転軸部１２Ｄの回転に連動する歯車伝達機構により回転軸部１２Ｄの回転速度よりも回転軸部１４Ｄの回転速度を大きくするように動力を伝達する。

第２増速器２４は、第２増速部の一例に相当し、抗力型水車２０の第２回転体２２の回転に連動し、第２液圧ポンプ２５の回転部を、第２回転体２２の回転数よりも大きい回転数で回転させる装置である。第２増速器２４は、例えば、複数の歯車によって回転速度を増大させる歯車増速機として構成されている。第２増速器２４は、第２回転体２２の回転軸部２２Ｄを入力軸部とし、第２液圧ポンプ２５の回転部に連結された回転軸部２４Ｄを出力軸部として構成される。そして、第２増速器２４は、回転軸部２２Ｄの回転に連動する歯車伝達機構により回転軸部２２Ｄの回転速度よりも回転軸部２４Ｄの回転速度を大きくするように動力を伝達する。

第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５は、例えば、ねじポンプ、ベーンポンプ、歯車ポンプ、プランジャーポンプなどの公知構造の油圧ポンプとして構成され、作動流体として油を用い、入力軸部の回転運動を流体エネルギーに変換する構成をなす。

第１液圧ポンプ１５は、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転に連動して駆動し、第１流路１６内で作動流体（作動油）を流動させる機能を有する。この第１液圧ポンプ１５は、作動油が流出する第１ポート１５Ａと、作動油が流入する第２ポート１５Ｂと、第１増速器１４の回転軸部１４Ｄに連結された図示しない回転部（駆動部）とを備える。第１液圧ポンプ１５は、第１増速器１４の回転軸部１４Ｄの回転に連動して回転部（駆動部）が回転し、回転部の駆動によって第２ポート１５Ｂから作動油を流入させ、第１ポート１５Ａから作動油を流出させる。

第２液圧ポンプ２５は、抗力型水車２０の第２回転体２２の回転に連動して駆動し、第２流路２６内で作動流体（作動油）を流動させる機能を有する。この第２液圧ポンプ２５は、作動油が流出する第１ポート２５Ａと、作動油が流入する第２ポート２５Ｂと、第２増速器２４の回転軸部２４Ｄに連結された図示しない回転部（駆動部）とを備える。第２液圧ポンプ２５は、第２増速器２４の回転軸部２４Ｄの回転に連動して回転部（駆動部）が回転し、この駆動によって第２ポート２５Ｂから作動油を流入させ、第１ポート２５Ａから作動油を流出させる。

伝達部６は、第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５に連通する作動油の循環路６Ａを備えている。循環路６Ａは、第１液圧ポンプ１５に連通する第１流路１６と、第２液圧ポンプ２５に連通する第２流路２６とを備える。更に、循環路６Ａは、第１流路１６及び第２流路２６に連通し、第１流路１６を流動する流体及び第２流路２６を流動する流体の共通の経路となる共通流路３０を備える。共通流路３０は、第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５から流出する作動油が合流して流れる合流路３０Ａと、液圧モータ４０から流出する作動油の経路となる流出路３０Ｃと、タンク５４から流れる作動油の共通経路となる共通路３０Ｂとを備える。

第１液圧ポンプ１５に連通する第１流路１６は、第１ポート１５Ａに連通する流出側流路１６Ａと、第２ポート１５Ｂに連通する流入側流路１６Ｂとを備える。流出側流路１６Ａには、第１液圧ポンプ１５から合流路３０Ａへ向けた作動油の流れを許容し、その逆の流れを規制する逆止弁１９が設けられている。流入側流路１６Ｂには、共通路３０Ｂから第１液圧ポンプ１５へ向けた作動油の流れを許容し、その逆の流れを規制する逆止弁１８が設けられている。循環路６Ａは、流出側流路１６Ａ、合流路３０Ａ、タンク５４、共通路３０Ｂ、流入側流路１６Ｂによって第１液圧ポンプ１５側の循環路が構成されており、第１液圧ポンプ１５が駆動することによってこの循環路内を作動油が循環する。

第２液圧ポンプ２５に連通する第２流路２６は、第１ポート２５Ａに連通する流出側流路２６Ａと、第２ポート２５Ｂに連通する流入側流路２６Ｂとを備える。流出側流路２６Ａには、第２液圧ポンプ２５から合流路３０Ａへ向けた作動油の流れを許容し、その逆の流れを規制する逆止弁２９が設けられている。流入側流路２６Ｂには、共通路３０Ｂから第２液圧ポンプ２５へ向けた作動油の流れを許容し、その逆の流れを規制する逆止弁２８が設けられている。循環路６Ａは、流出側流路２６Ａ、合流路３０Ａ、タンク５４、共通路３０Ｂ、流入側流路２６Ｂによって第２液圧ポンプ２５側の循環路が構成されており、第２液圧ポンプ２５が駆動することによってこの循環路内を作動油が循環する。

第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５がいずれも駆動しているときには、タンク５４からの作動油が、第１液圧ポンプ１５の第２ポート１５Ｂ及び第２液圧ポンプ２５の第２ポート２５Ｂに流入するように流動する。そして、第１液圧ポンプ１５の第１ポート１５Ａから流出する作動油及び第２液圧ポンプ２５の第１ポート２５Ａから流出する作動油が合流路３０Ａにて合流し、合流路３０Ａ内を流動する。

循環路６Ａには、合流路３０Ａから分岐する経路として分岐路３２が設けられ、分岐路３２に介在する形で、リリーフ弁３４が設けられている。リリーフ弁３４は、流入ポート３４Ａが分岐路３２の一方側に連通し、流出ポート３４Ｂが分岐路３２の他方側に連通する。リリーフ弁３４は、流入ポート３４Ａ側（合流路３０Ａ側）の作動油の圧力が所定圧力を超えた場合に、作動油を流出ポート３４Ｂ側からタンク５４に向けて流す。このとき、合流路３０Ａから分岐路３２を介してタンク５４側に作動油が流れることになる。また、合流路３０Ａにはアキュムレータ５２が設けられており、衝撃圧の抑制や脈動の減衰が図られている。

液圧モータ４０は、ギアモータ、ベーンモータ、プランジャーモータなどの公知構造の油圧モータとして構成され、循環路６Ａを構成する共通流路３０に介在した形で設けられている。液圧モータ４０の流入ポート４１は、合流路３０Ａに連結されており、合流路３０Ａを流れる作動油が流入ポート４１から流入する構成をなす。液圧モータ４０の流出ポート４２は、流出路３０Ｃに連結されており、液圧モータ４０の流出ポート４２から流出する作動油は、流出路３０Ｃを介してタンク５４に流れ込む。このように構成される液圧モータ４０は、共通流路３０において合流路３０Ａから流出路３０Ｃへと作動油が流れることに応じて動作し、回転軸部４０Ａ（図１）が回転するように駆動する。

発電機４は、液圧モータ４０の駆動によって発電する装置であり、例えば公知の直流発電機又は交流発電機として構成されている。発電機４は、例えば図示しない回転軸部を備え、この回転軸部を液圧モータ４０の回転軸部４０Ａに直結した構成をなっている。このため、共通流路３０内を作動油が流動することで液圧モータ４０の回転軸部４０Ａが回転すると、発電機４の回転軸部が連動して回転動作し、この回転動作によって発電機４が発電する。

図５は、潮流発電装置１の電気的構成を簡略的に示している。潮流発電装置１では、上述した発電機４にて発電動作がなされると、発電機４から出力された電力が電圧変換部８０に入力され、電圧変換部８０によって所望の出力電圧に変換される。例えば、発電機４が交流発電機である場合、電圧変換部８０は、発電機４で発生した交流電圧を所望の直流電圧に変換するコンバータとして構成すればよく、この場合、電圧変換部８０からの出力電圧（直流電圧）によってバッテリ７０が充電されることになる。

図５の構成では、バッテリ７０に対して光源としての電灯７２が電気的に接続されており、バッテリ７０からの電力によって電灯７２が動作し、光を発する構成となっている。バッテリ７０には、その他の負荷７４も接続されている。

なお、図５では、潮流発電装置１の電気的構成の一例を簡略的に示したが、あくまで一例であり、これ以外の構成であってもよい。潮流発電装置１は、系統連系を行い得る設備として構成されていてもよい。例えば、発電機４が交流発電機として構成される場合、電圧変換部８０をＡＣ／ＤＣコンバータとして構成し、これに接続する形でＤＣ／ＡＣコンバータ、トランス、系統連系保護装置を順次設けるようにして、ＤＣリンク方式で系統連係を行うようにしてもよい。この場合、変圧器の後段側に交流機器として構成された負荷を接続してもよい。

次に、この潮流発電装置１の発電動作を説明する。
図１で示す潮流発電装置１は、海中に配置された揚力型水車１０及び抗力型水車２０の付近で水の流れが生じると、揚力型水車１０の第１回転体１２及び抗力型水車２０の第２回転体２２において回転力が生じ得る。例えば、第１回転体１２及び第２回転体２２がいずれも回転すると、第１回転体１２及び第２回転体２２にそれぞれ連結された第１増速器１４及び第２増速器２４の回転軸部１４Ｄ，２４Ｄがそれぞれ回転動作する。そして、これら回転軸部１４Ｄ，２４Ｄの回転に連動して第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５が駆動する。すると、図４で示す第１液圧ポンプ１５の第１ポート１５Ａ及び第２液圧ポンプ２５の第１ポート２５Ａからそれぞれ作動油が流出し、これらが合流路３０Ａで合流して液圧モータ４０に向けて流れる。合流路３０Ａを流れた作動油は、流入ポート４１から液圧モータ４０に流入する。液圧モータ４０内に流入した作動油は液圧モータ４０内を一定の方向に流れる。液圧モータ４０は、このように流れる作動油から力を受け、回転軸部４０Ａ（図１）が一方向に回転するように駆動する。液圧モータ４０内を通った作動油は、液圧モータ４０の流出ポート４２から流出し、流出した作動油は流出路３０Ｃを通ってタンク５４に流れ込む。なお、このように第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５の各第１ポート１５Ａ，２５Ａから作動油が流出する場合、タンク５４から共通路３０Ｂを通って作動油が流れる。そして、この作動油は、流入側流路１６Ｂ，２６Ｂで分流されて第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５に作動油が供給される。

このように、揚力型水車１０及び抗力型水車２０が水流エネルギーを利用して回転すると、第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５が駆動する。これらの駆動により、流出側流路１６Ａ，２６Ａ、合流路３０Ａ、流出路３０Ｃ、タンク５４、共通路３０Ｂ、流入側流路１６Ｂ，２６Ｂによって構成される循環路６Ａ内を作動油が循環する。このように作動油が循環路６Ａを循環することによって、液圧モータ４０が継続的に駆動し、液圧モータ４０の回転軸部４０Ａが連続的に回転する。液圧モータ４０の回転軸部４０Ａが回転すると発電機４の回転軸も回転するため、発電機４が発電する。

また、水流の状態により揚力型水車１０の第１回転体１２が回転していなくても、抗力型水車２０の第２回転体２２が回転していれば、第２液圧ポンプ２５にて吐出動作が行われ、循環路６Ａ内を作動油が循環するため、液圧モータ４０及び発電機４が駆動される。同様に、水流の状態により抗力型水車２０の第２回転体２２が回転していなくても、揚力型水車１０の第１回転体１２が回転していれば、第１液圧ポンプ１５にて吐出動作が行われ、循環路６Ａ内を作動油が循環するため、液圧モータ４０及び発電機４が駆動される。

以上のように、潮流発電装置１は、揚力型水車１０と抗力型水車２０とを有し、これらに設けられた第１回転体１２及び第２回転体２２のそれぞれの回転力を伝達部６によって発電機４に伝達する構成をなす。このように構成されているため、揚力型水車１０と潮流との関係が当該揚力型水車１０に適した状態のときには第１回転体１２を効率的に回転させることができ、少なくとも第１回転体１２の回転力を利用して発電機４を動作させることができる。揚力型水車１０と潮流との関係が当該揚力型水車１０に適していない状態であっても、抗力型水車２０と潮流との関係が当該抗力型水車２０に適した状態であれば、第２回転体２２を効率的に回転させることができる。そして、この第２回転体２２の回転力を利用して発電機４を動作させることができる。

このように、本構成によれば、単一型式の水車のみを用いる構成と比較して、回転体が効率的に回転する状態が増え、発電を良好に行い得る条件をより緩和することができ、エネルギーを変換することができる範囲をより拡大することができる。

潮流発電装置１の伝達部６は、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転に連動して駆動する第１液圧ポンプ１５と、抗力型水車２０の第２回転体２２の回転に連動して駆動する第２液圧ポンプ２５とを有する。第１液圧ポンプ１５は、第１流路１６内で流体を流動させる構成をなし、第２液圧ポンプ２５は、第２流路２６内で流体を流動させる構成をなす。そして、第１流路１６及び第２流路２６に連通する共通流路３０が設けられ、共通流路３０は、第１流路１６を流動する流体及び第２流路２６を流動する流体の共通の経路となる。液圧モータ４０は、共通流路３０を流体が流れることに応じて動作し、発電機４を駆動させる構成をなす。

この構成によれば、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転力及び抗力型水車２０の第２回転体２２の回転力を、いずれも液圧モータ４０の回転力に変換することができ、液圧モータ４０は、より高いトルクで発電機４を回転させることができる。また、各水車において単独では発電困難な回転数まで低下するような回転のばらつきが生じても、両水車の動作を反映した液圧モータ４０の状態が発電可能な回転状態であれば発電を継続することができる。

潮流発電装置１は、複数の水車（揚力型水車１０及び抗力型水車２０）の回転が一定でなく、第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５のそれぞれから吐出する作動油の流量がばらついても、液圧モータ４０に流入する作動油の流量を平均化することができる。このため、液圧モータ４０の回転が安定化し、発電機４の発電を安定させることができる。

潮流発電装置１は、複数の水車（揚力型水車１０及び抗力型水車２０）が一つの液圧モータ４０及び一つの発電機４を駆動する構成である。この構成により、各水車のそれぞれに対応して複数の油圧モータ及び複数の発電機を設けた場合に比べて、油圧モータ及び発電機の容量を適当に大きくすることができる。また、機器を安価にすることができる。

潮流発電装置１は、第１増速器１４及び第２増速器２４を有する。第１増速器１４は、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転に連動し、第１液圧ポンプ１５の回転部を、第１回転体１２の回転数よりも大きい回転数で回転させる。第２増速器２４は、抗力型水車２０の第２回転体２２の回転に連動し、第２液圧ポンプ２５の回転部を、第２回転体２２の回転数よりも大きい回転数で回転させる。この構成によれば、第１液圧ポンプ１５の回転部及び第２液圧ポンプ２５の回転部のそれぞれを、対応する回転体の回転数よりも大きくすることができ、第１液圧ポンプ１５及び第２液圧ポンプ２５の効率を高めることができる。

潮流発電装置１は、水上に浮く浮体２を有する。揚力型水車１０は、第１回転体１２を水中に配置する構成で浮体２に取り付けられ、抗力型水車２０は、第２回転体２２を水中に配置する構成で浮体２に取り付けられている。この構成によれば、揚力型水車１０及び抗力型水車２０を直接地上に固定せずに設けることができ、地上における必要スペースを削減することができる。しかも、揚力型水車１０及び抗力型水車２０を海底や地表等に完全に固定しなくても済み、これらの水車を浮体とともに移動することができる。また、水面が上昇したり下降しても、それに合わせて浮体２が上昇又は下降するため、揚力型水車１０及び抗力型水車２０と水面との相対的な位置関係を大きく変化させることなく維持することができる。

潮流発電装置１は、発電機４によって発生した電力を利用して発光する電灯７２を有している。この構成によれば、揚力型水車１０及び抗力型水車２０を利用した形で独立した電源を確保し、この電源に起因する電力によって光を発生するシステムを構築することができる。

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施形態１の潮流発電装置１は、揚力型水車の一例として揚力式垂直軸型水車を用いているが、プロペラ型の水車などの揚力式水平軸型水車を用いてもよい。また、潮流発電装置１は、抗力式水車の一例として抗力式垂直軸型水車を用いているが、抗力式水平軸型水車を用いてもよい。
（２）実施形態１の潮流発電装置１は、揚力式垂直軸型水車の一例としてダリウス型水車を用いたが、ジャイロミル式の水車や、直線翼式の水車などの揚力式垂直軸型水車であってもよい。また、潮流発電装置１は、抗力式垂直軸型水車の一例としてサボニウス型水車を示したが、クロスフロー式の水車などの抗力式垂直軸型水車であってもよい。
（３）実施形態１の潮流発電装置１は、揚力型水車及び抗力型水車がそれぞれ１つずつ設けられているが、いずれか一方の種類の水車、又は両種類の水車が複数設けられていてもよい。
（４）実施形態１の潮流発電装置１は、揚力型水車が１種類設けられていたが、揚力型水車が複数種類設けられていてもよい。また、潮流発電装置１は、抗力型水車が１種類設けられていたが、抗力型水車が複数種類設けられていてもよい。
（５）実施形態１の潮流発電装置１は、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転力及び抗力型水車２０の第２回転体２２の回転力を１つの発電機４に伝達する伝達部６が設けられているがこの構成に限定されない。例えば、潮流発電装置は、揚力型水車の第１回転体の回転力を第１の伝達構造（例えば第１の油圧回路など）によって第１の発電機に伝達するように構成されていてもよい。同様に、潮流発電装置は、抗力型水車の第２回転体の回転力を第２の伝達構造（例えば第２の油圧回路など）によって第１の発電機とは異なる第２の発電機に伝達するように構成されていてもよい。
（６）実施形態１の潮流発電装置１は、揚力型水車１０の第１回転体１２の回転力及び抗力型水車２０の第２回転体２２の回転力が油圧回路を介して発電機４に伝達される構成である。しかし、油圧回路を介さずに歯車機構などによって１又は複数の発電機に伝達される構成であってもよい。
（７）実施形態１では、潮流発電装置１で生じた電力を利用して動作させる電気機器の一例として電灯７２を例示したが電灯以外の電気機器（例えば、表示装置など）が動作する構成であってもよい。
（８）実施形態１の潮流発電装置１は、第１増速器及び第２増速機が歯車増速機として構成されていたが、歯車増速機に限定されず、入力軸部の回転速度よりも出力軸部の回転速度のほうが大きくなるように増速する構成であればよい。例えば、第１増速器及び第２増速機は、Ｖベルト及びプーリ、チェーン及びスプロケットを用いた増速機構などであってもよい。

１…潮流発電装置（水流発電装置）、２…浮体、４…発電機、６…伝達部、１０…揚力型水車、１２…第１回転体、１４…第１増速器（第１増速部）、１５…第１液圧ポンプ、１６…第１流路、２０…抗力型水車、２２…第２回転体、２４…第２増速器（第２増速部）、２５…第２液圧ポンプ、２６…第２流路、３０…共通流路、４０…液圧モータ、７２…電灯（光源）

Claims (5)

1. 水流を受けることによって揚力が生じるとともに前記揚力によって回転力が発生する第１回転体を備えた揚力型水車と、
   水流を受けることによって抗力が生じるとともに前記抗力によって回転力が発生する第２回転体を備えた抗力型水車と、
   １又は複数の発電機と、
   前記揚力型水車の前記第１回転体の回転力及び前記抗力型水車の前記第２回転体の回転力を、１又は複数の前記発電機に伝達する伝達部と、
   を有することを特徴とする水流発電装置。
2. 前記伝達部は、
   前記揚力型水車の前記第１回転体の回転に連動して駆動し、第１流路で流体を流動させる第１液圧ポンプと、
   前記抗力型水車の前記第２回転体の回転に連動して駆動し、第２流路で流体を流動させる第２液圧ポンプと、
   前記第１流路及び前記第２流路に連通し、前記第１流路を流動する流体及び前記第２流路を流動する流体の共通の経路となる共通流路と、
   前記共通流路を流体が流れることに応じて動作し、前記発電機を駆動させる液圧モータと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水流発電装置。
3. 前記揚力型水車の前記第１回転体の回転に連動し、前記第１液圧ポンプの回転部を、前記第１回転体の回転数よりも大きい回転数で回転させる第１増速部と、
   前記抗力型水車の前記第２回転体の回転に連動し、前記第２液圧ポンプの回転部を、前記第２回転体の回転数よりも大きい回転数で回転させる第２増速部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の水流発電装置。
4. 水上に浮く浮体を有し、
   前記揚力型水車は、前記第１回転体を水中に配置する構成で前記浮体に取り付けられ、
   前記抗力型水車は、前記第２回転体を水中に配置する構成で前記浮体に取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水流発電装置。
5. 前記発電機によって発生した電力を利用して発光する光源を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水流発電装置。

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