JP4917690B1 - 流水発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的流速が遅くても大きな出力が得られ、環境に応じて規模を自由に調整可能な流水発電装置を提供する。
【解決手段】流水発電装置１は、流水と接触しながら巡回する巡回体１０１と、巡回体１０１を巡回させるための受圧体１０２と、巡回体１０１の巡回に伴い軸周りに自在に回動する上流側回転体１０３と、上流側回転体１０３を流水に抗して一定の位置に係留する上流側係留体１０４と、流水の下流側に配置されて巡回体１０１を支持する下流側支持体１０５と、上流側回転体１０３の動力を電力に変換する発電機１０６と、受圧体１０２を閉状態の形状から開状態の形状へと導く上流側レール構造１０７と、受圧体１０２を開状態の形状から閉状態の形状へと導く下流側レール構造１０８と、所定の位置にある受圧体１０２の内側に流水を導く流路１０９と、流水の中における下流側支持体１０５の位置を安定させるためのフィン１１０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川や海などの流水から動力を得て電力を発生する流水発電装置に関する。

近年、石油、ガス、原子力などを用いた発電には様々な問題が伴い、その結果としていわゆる自然エネルギーに対する期待が大きくなっている。

しかし、現在において、太陽光発電、風力発電などには特有の欠点があり、喫緊の課題として常時安定した電力を供給することができる手段が求められている。

そこで、流水を利用した自然エネルギー発電の手段としていくつかのアイデアが提供されている。例えば、特許文献１に開示される流水発電装置は、殊に既存の水車用水路を活用して２つのドラムに張架した巡回体を水力によって回転させ、その動力により発電を行うものである。

また、特許文献２に開示される流水発電装置は、流水の流れに抗して係留された浮体と当該浮体に取り付けられ流れに沿って移動する複数の受圧体とを有し、シンプルな構造で小型・軽量化が可能であるとともに、土木工事なしに簡単に設置され得る。

また、特許文献３に開示される流水発電装置は、移動方向に多数の水受けポケットを有したベルトが複数の回転体に配設され、水力により巡回するベルトの摩擦力によって回転する駆動ローラーの動力を発電機に伝えて電力を取り出している。

特開２００６−４６１５２号公報 特開２００４−２７０６７４号公報 実登３１２６７４０号公報

ところで、地球温暖化や地震による原子力発電所の機器の不具合などの問題が生じ得る現状においては、比較的大きな発電量を常時得られる自然エネルギー発電装置に対するニーズが存在する。

そこで、本発明は、比較的流速が遅くても大きな出力が得られ、環境に応じて規模を自由に調整可能な流水発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的に鑑みて想到されたものであり、
環状に形成された紐状体もしくは帯状体である巡回体と、
前記巡回体に取り付けられ、流水のエネルギーを受けて前記巡回体を巡回させる受圧体と、
前記流水の上流側に配置され、前記巡回体に接触し前記巡回体の巡回に伴い軸周りに自在に回動する上流側回転体と、
前記上流側回転体に接触しつつ前記上流側回転体に対し自在に回動可能であり、前記上流側回転体を前記流水に抗して一定の位置に係留する上流側係留体と、
前記巡回体に駆動され回動する前記上流側回転体の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と
を備え、
前記受圧体は、前記流水の上流側から下流側へ向かって巡回している間は前記流水のエネルギーを受けて開状態の形状で維持され、前記流水の下流側から上流側へ向かって巡回している間は前記流水のエネルギーを受けて、前記開状態の形状における前記受圧体の前記流水を受ける面積よりも前記流水を受ける面積が狭い閉状態の形状で維持され、
前記受圧体は、一の端辺が前記巡回体に連結された可撓性のシートと、前記可撓性のシートの当該一の端辺とは異なる端辺に取り付けられた支柱を有し、
前記上流側係留体の前記受圧体が前記流水の流れに乗って移動する始点となる領域に配置されたレールであって、前記受圧体の前記支柱の端部が嵌りながら移動することを許容し、前記支柱を前記巡回体から遠ざかる方向に導くことにより、前記受圧体を前記閉状態の形状から前記開状態の形状へと導くレール
を備える
流水発電装置を提供する（第１の実施態様）。

また、上記の第１の実施態様において、
前記受圧体は、前記流水の流れの方向を含む一の平面に対し互いに対称な位置に配置された２枚の前記可撓性のシートと、当該２枚の前記可撓性のシートの各々の端辺に各々取り付けられた２本の前記支柱を有する
構成を採用してもよい（第２の実施態様）。

また、上記の第１または第２の実施態様において、
前記流水の下流側に配置され、前記巡回体の自在な巡回を許容しつつ前記巡回体に接触し、前記流水における下流側において前記巡回体を支持する下流側支持体
を備える構成を採用してもよい（第３の実施態様）。

また、上記の第３の実施態様において、
前記下流側支持体の前記受圧体が前記流水の流れに乗って移動する終点となる領域に配置されたレールであって、前記受圧体の前記支柱の端部が嵌りながら移動することを許容し、前記支柱を前記巡回体に近づく方向に導くことにより、前記受圧体を前記開状態の形状から前記閉状態の形状へと導くレール
を備える構成を採用してもよい（第４の実施態様）。

また、上記の第１乃至第４のいずれかの実施態様において、
前記受圧体が前記流水の流れに乗って移動する始点となる領域の前記巡回体の内側の部分に、前記巡回体の外側を流れる前記流水を導く流路を形成する構造体を備える
構成を採用してもよい（第５の実施態様）。

また、上記の第１乃至第５のいずれかの実施態様において、
前記上流側係留体は、１の円柱と当該１の円柱と同心で当該１の円柱の側面を周りから覆うように配置された１以上の円筒、もしくは２以上の同心の円筒を有し、
前記上流側回転体は２以上の同心の円筒を有し、
前記上流側回転体の前記２以上の円筒の各々の内側面と、前記上流側係留体の前記１の円柱と前記１以上の円筒、もしくは前記２以上の円筒のいずれかの外側面とは、複数のボールベアリングもしくは車輪を介して接する
構成を採用してもよい（第６の実施態様）。

また、上記の第３の実施態様において、
前記下流側支持体の前記流水の下流側のいずれかの部分に配置され、前記流水の中における前記下流側支持体の位置を安定させるためのフィン
を備える構成を採用してもよい（第７の実施態様）。

本発明の第１の実施態様にかかる流水発電装置によれば、比較的流速が遅くても大きな出力が得られ、設備の規模や強度次第で発電量を大幅に拡大することができる。その際、受圧体を閉状態の形状から開状態の形状へと導くレールを備えているので、受圧体が流水から有効な圧力を受け始める始点での開状態への移行がスムーズなものとなる。また、受圧体が可撓性のシートおよび当該可撓性のシートを支持する支柱を有しているので、簡易な構成によって比較的大きな前面投影面積を得ることができ、その結果として流水から大きな動力を得ることができる。

本発明の第２の実施態様にかかる流水発電装置によれば、流水の流れ方向に対し例えば左右に対称に受圧体が開くため、巡回体が歪む等の問題が生じず、効率的に発電容量が拡大される。

本発明の第３の実施態様にかかる流水発電装置によれば、巡回体を支持する下流側支持体を備えるので、巡回体が好適な形状を維持しながら巡回することができる。

本発明の第４の実施態様にかかる流水発電装置によれば、受圧体を開状態の形状から閉状態の形状へと導くレールを備えているので、受圧体が流水から有効な圧力を受ける終点での閉状態への移行がスムーズなものとなる。

本発明の第５の実施態様にかかる流水発電装置によれば、所定の適切な位置に流路を備えているので、主として上流側回転体および上流側係留体により流れが妨げられる巡回体の内側においても受圧体に適度な流量が供給され好適である。

本発明の第６の実施態様にかかる流水発電装置によれば、上流側回転体と上流側係留体とが複数のボールベアリングを有する多重圧力壁を介して回動可能に係合しているので、比較的軽量な構成によって各要素の強度を保ちつつ本来の機能を果たすことができる。なお、当該多重圧力壁の数を増やせば増やすほどに、各要素の強度を高めることができるので、高出力の発電にも対応可能である。

本発明の第７の実施態様にかかる流水発電装置によれば、下流側支持体を支持するフィンを備えているので、下流側支持体の位置を安定させることができる。

図１は、本発明の一具体例である実施例にかかる流水発電装置の外観を上から見た概略図である。 図２は、本発明の一具体例である実施例にかかる流水発電装置の外観を側面から見た概略図である。 図３は、本発明の一具体例である実施例にかかる流水発電装置の上流側付近の外観を背面（下流側）から見た概略図である。 図４は、本発明の一具体例である実施例にかかる巡回体の一部分および開状態における受圧体の外観を示した概略図である。 図５は、本発明の一具体例である実施例にかかる巡回体の一部分および閉状態における受圧体の外観を示した概略図である。 図６は、本発明の一具体例である実施例にかかる上流側回転体および上流側係留体の概略を示す平面図である。 図７は、本発明の一具体例である実施例にかかる上流側レール構造の外観を示す概略図である。 図８は、本発明の一実施例およびその変形例における受圧体の巡回体に対する連結の様子を示す概略図である。

（実施例）
以下、本発明の一具体例である実施例を、図面を用いて説明する。

図１は、本実施例にかかる流水発電装置１の外観を上から見た概略図である。また、図２は、本実施例にかかる流水発電装置１の外観を側面から見た概略図である。また、図３は、本実施例にかかる流水発電装置１の上流側付近の外観を背面（下流側）から見た概略図である。

流水発電装置１は、流水と接触しながら巡回する巡回体１０１と、巡回体１０１を巡回させるための受圧体１０２と、巡回体１０１の巡回に伴い軸周りに自在に回動する上流側回転体１０３と、上流側回転体１０３を流水に抗して一定の位置に係留する上流側係留体１０４と、流水の下流側に配置されて巡回体１０１を支持する下流側支持体１０５と、上流側回転体１０３の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１０６と、受圧体１０２を閉状態の形状から開状態の形状へと導く上流側レール構造１０７と、受圧体１０２を開状態の形状から閉状態の形状へと導く下流側レール構造１０８と、所定の位置にある受圧体１０２の内側に流水を導く流路１０９と、流水の中における下流側支持体１０５の位置を安定させるためのフィン１１０とを備えている。

巡回体１０１は、環状に形成された高強度フラットケーブルである。巡回体１０１は、上流側回転体１０３および下流側支持体１０５に張架されて流水の持つエネルギーによって巡回する。巡回体１０１は、例えばベルト状の合成樹脂の上側縁部、上下方向の中央部、下側縁部の各々に長手方向に延伸するワイヤーロープを配置した構造を有している。

巡回体１０１は、例えば、長手方向の長さが一周ぐるりで１００メートルであり、長手方向と垂直な短手方向の長さが１．５メートルであり、厚さが５センチメートルである。

巡回体１０１は、例えば、長手方向における５メートルおきに合計２０個の受圧体１０２が取り付けられており、受圧体１０２が流水から受ける力によって巡回する。受圧体１０２の数を２０個としたのは、下流側にある受圧体１０２が上流側にある受圧体１０２の後流の影響を受けないようにするためである。

また、巡回体１０１は、例えば所定の水平面内において巡回する。そこで、巡回体１０１は、流水に浮かんだ状態で上部のみフロートが取り付けられており、水中で直立する。

図４は、巡回体１０１の一部分および開状態における受圧体１０２の外観を示した概略図である。

受圧体１０２は、可撓性のシート１０２１および可撓性のシート１０２１を支持する支柱１０２２を有している。支柱１０２２は、例えば、ステンレス製であり、１０本１組で一つの受圧体１０２を構成する。

１０本１組の支柱１０２２のうちの２本（支柱１０２２−１）は、巡回体１０１の進行方向前側において巡回体１０１の右側および左側の各々に、巡回体１０１を挟んで上下方向に配置されている。支柱１０２２−１は、例えば長手方向の長さが１．５メートルである。

１０本１組の支柱１０２２のうちの他の２本（支柱１０２２−２）は、巡回体１０１の進行方向後側において巡回体１０１の右側および左側の各々に、巡回体１０１を挟んで上下方向に配置されている。支柱１０２２−２もまた、例えば長手方向の長さが１．５メートルである。

１０本１組の支柱１０２２のうちのさらに他の２本（支柱１０２２−３）は、支柱１０２２−１の各々に取り付けられた可撓性のシート１０２１の後側縁部に各々上下方向に取り付けられている。支柱１０２２−３は、例えば長手方向の長さが２メートルである。

１０本１組の支柱１０２２のうちの残りの４本（支柱１０２２−４）は、支柱１０２２−３と支柱１０２２−２とをそれらの上側および下側で各々連結するように配置されている。支柱１０２２−４は、例えば長手方向の長さが３メートルである。

支柱１０２２−４と支柱１０２２−２との連結部は、支柱１０２２−２の長手方向、すなわち上下方向を軸とする軸周りに支柱１０２２−４が自在に回動可能な構造を備えている。

支柱１０２２−２、支柱１０２２−３、支柱１０２２−４は、巡回体１０１の右側および左側の各々において、概ね矩形状の枠を形成するが、当該枠の前方側の辺、すなわち支柱１０２２−３により構成される辺は、遊びの部分として、上下各々の方向に０．２５メートルだけ他の辺との連結部分から外側に延伸した部分を有している。当該遊びの部分は、後述するように上流側レール構造１０７および下流側レール構造１０８の間に受容される部分である。

可撓性のシート１０２１は、巡回体１０１の右側および左側に各々配置されている計２枚のシートであり、例えばポリエチレン製である。

可撓性のシート１０２１の各々は、例えば矩形状を有しており、上下方向の長さが１．５メートル、当該上下方向と垂直な方向の長さが３メートルである。可撓性のシート１０２１の前側の縁部は、支柱１０２２−１に取り付けられている。可撓性のシート１０２１の後側の縁部は、支柱１０２２−３に取り付けられている。

以上のような構成を有することにより、受圧体１０２が流水の上流側から下流側に移動する際には、図４に示すように、可撓性のシート１０２１が流水の圧力を受けて開く（開状態）。開状態の受圧体１０２は、上から見た場合、流水を受ける可撓性のシート１０２１が巡回体１０１のラインを中心として左右方向に対称に開いている。なお、受圧体１０２の流水の流れに対する前面投影面積は、例えば、縦１．５メートル×横４メートル＝６平方メートルとなる。

図５は、巡回体１０１の一部分および閉状態における受圧体１０２の外観を示した概略図である。

上述したような構成を有する受圧体１０２は、受圧体１０２が流水の下流側から上流側に移動する際には、図５に示すように、可撓性のシート１０２１が流水の圧力を受けて閉じる（閉状態）。すなわち、閉状態の受圧体１０２は、上から見た場合、流水を受ける可撓性のシート１０２１が巡回体１０１のラインを中心として一体化したように閉じている。

図６は、上流側回転体１０３および上流側係留体１０４の概略を示す平面図である。

上流側回転体１０３は、流水の上流側に配置され、巡回体１０１に接触し巡回体１０１の巡回に伴い軸周りに自在に回動する。この場合の軸は、重力の方向、すなわち上下方向である。

上流側回転体１０３は、例えばステンレス製である。上流側回転体１０３は、直径５メートルの円筒状の部材である外側円筒部１０３１と、外側円筒部１０３１の内側に同心に配置される直径２メートルの円筒状の部材である内側円筒部１０３２と、外側円筒部１０３１と内側円筒部１０３２とをそれらの上面において互いに連結するように固定された６枚の板状部材であるブリッジ部１０３３と、ブリッジ部１０３３の下面に固定され外側円筒部１０３１と内側円筒部１０３２との間に同心に配置される互いに異なる直径の３つの円筒状の部材である中間円筒部１０３４とを有している。

なお、３つの中間円筒部１０３４の各々を区別する場合、それらを内側から順に中間円筒部１０３４−１、中間円筒部１０３４−２、中間円筒部１０３４−３、とする。内側円筒部１０３２と中間円筒部１０３４−１の隙間、中間円筒部１０３４−１と中間円筒部１０３４−２の隙間、および中間円筒部１０３４−２と中間円筒部１０３４−３の隙間は、それらの大きさが等しく、それらの隙間には後述する上流側係留体１０４の円筒部１０４２−１、円筒部１０４２−２、円筒部１０４２−３が各々挿入される。

外側円筒部１０３１はその厚みが０．５メートルであり、中空構造を備えている。外側円筒部１０３１がこのように中空となっているため、上流側回転体１０３の水中における重量が軽くなり、上流側回転体１０３が回転する際に、以下に説明する上流側係留体１０４との間に生じる摩擦抵抗が低減される。

内側円筒部１０３２は、その内側面上に、後述する発電機１０６が有する増速器のギアと係合する外側ギアが設けられている。

上流側係留体１０４は、上流側回転体１０３に接触しつつ上流側回転体１０３に対して相対的に回動することが可能であり、上流側回転体１０３を流水に抗して一定の位置に係留する。

すなわち、上流側係留体１０４は、流水の中において係留されているブイに取り付けられており、所定の位置に浮かんだ状態で回転しないように固定されている。なお、所定の位置とは流水中の上部という意味であり、上流側係留体１０４の上面が水面と略同じくらいの位置に配置されれば好適である。

上流側係留体１０４は、例えばステンレス製である。上流側係留体１０４は、直径４メートルの円盤状の部材である基板１０４１と、基板１０４１の上に固定され同心に配置される互いに異なる直径の３つの円筒状の部材である円筒部１０４２とを有している。なお、３つの円筒部１０４２の各々を区別する場合、それらを内側から順に円筒部１０４２−１、円筒部１０４２−２、円筒部１０４２−３、とする。これら３つの円筒部１０４２の各々の外側面上には複数のボールベアリング１０４３が取り付けられている。

円筒部１０４２−１と円筒部１０４２−２の隙間、円筒部１０４２−２と円筒部１０４２−３の隙間は、それらの大きさが等しく、それらの隙間には上流側回転体１０３の中間円筒部１０３４−１、中間円筒部１０３４−２が各々挿入される。また、円筒部１０４２−３の外側には、上流側回転体１０３の中間円筒部１０３４−３が配置される。

上流側係留体１０４の上に、上流側回転体１０３の中心が上流側係留体１０４の中心と一致するように、上流側回転体１０３を被せると、上述したように、上流側回転体１０３の中間円筒部１０３４の各々が上流側係留体１０４のボールベアリング１０４３を挟んで円筒部１０４２の各々の外側に配置された状態となる。そのように上流側回転体１０３と上流側係留体１０４が組み立てられることにより、上流側回転体１０３が上流側係留体１０４に対して軸周りに自在に回動可能となる。なお、上流側回転体１０３と上流側係留体１０４が各々有する複数の円筒部材がボールベアリングを介して互いに接する構造を、以下、多重圧力壁と呼ぶことにする。

上流側回転体１０３および上流側係留体１０４が上述したような多重圧力壁を備える結果、巡回体１０１が流れから受ける力により下流方向に引かれる上流側回転体１０３を上流側係留体１０４が係留する際に上流側回転体１０３と上流側係留体１０４との間に生じる力が多数のボールにより分散されるため、上流側回転体１０３が大きな力で巡回体１０１により引かれても、ボールが変形等することにより上流側回転体１０３の回動が不能になるといった問題が回避される。

なお、上流側回転体１０３および上流側係留体１０４は中密な構造ではないため、比較的軽量であり、軽い構造を実現することができる。上流側回転体１０３および上流側係留体１０４は、流水中の上部に配置されることが多いと考えられるので、全体として軽い構造を有することは重要である。

上流側係留体１０４の基板１０４１の中心付近（円筒部１０４２−１の内側）には、発電機１０６が固定されている。その機能について以下に簡単に説明する。

巡回体１０１から受ける摩擦力によって上流側回転体１０３が上流側係留体１０４に固定されている発電機１０６に対して回動する。そして、ファラデーの電磁誘導の法則（コイルを貫く磁界に変化を与えると起電力が発生する）にしたがって、この回動のエネルギーが電力に変換される。

なお、発電機１０６は増速機を有しており、多様なギアによって適切なトルクや回転数を得られるようになっている。以上、発電機１０６の機能についての説明を終わる。

下流側支持体１０５は、流水の下流側に配置され、巡回体１０１の水平方向の自在な巡回を許容しつつ巡回体１０１に接触し、流水における下流側において巡回体１０１を支持する。

下流側支持体１０５は、例えば縦１．５メートル×横５メートルの矩形状のスチール製の板を湾曲させて半円筒形状にしたものであり、巡回体１０１と接触する部分、すなわち外側面上にはボールベアリングが設けられている。

下流側支持体１０５は、例えば係留されておらず、フリーな状態で巡回体１０１を支持している。そして、上述のボールベアリングの複数のボールが回転することによって巡回体１０１の巡回を妨げないようにしている。

下流側支持体１０５がフリーな状態であっても、上流側から下流側への流水の流れによって巡回体１０１に生ずる抵抗力は、後述するように開状態のラインと閉状態のラインとでバランスがとれるため、流水発電装置１は図１に示されるように、開状態のラインと閉状態のラインとの対称の形状が概ね維持される。

なお、下流側支持体１０５は、巡回体１０１の長手方向を概ね水平に保つために流水中の上部に浮いていることが望ましい。そのために、例えば上述の半円筒形状の部材の内側の所定の位置にブイが取り付けられている。

また、下流側支持体１０５の例えば半円筒形状の部材の下流側には、フィン１１０が設けられている。

フィン１１０は、流水の抵抗を受けることにより、当該流水中における下流側支持体１０５の位置を安定させる。

図７は、上流側レール構造１０７の外観を示す概略図である。

上流側レール構造１０７は、例えばステンレス製である。

上流側レール構造１０７のレール１０７１は、上流側係留体１０４における受圧体１０２が流水の流れに乗って移動する始点となる領域に配置され、受圧体１０２を閉状態の形状から開状態の形状へと導く。

レール１０７１は、図７に示されるように、「ハ」の字形をなす２本１対のレールが、巡回体１０１の上側および下側の各々に配置された構造を備えている。各々のレールはその長手方向に垂直な面における断面が「コ」の字形であり、これらのレールの「コ」の字形の溝に上述の支柱１０２２−３の遊びが嵌りながら移動することで、受圧体１０２が閉状態から開状態へと変形される。より具体的には、図７の受圧体１０２の矢印の部分がレール１０７１の溝の中を通過することによって、受圧体１０２が徐々に閉じた状態から開いた状態へと形状を変化させていく。なお、受圧体１０２の構造は図８に例示するように様々なバリエーションを取り得るが、例えば図８（ｃ）および図８（ｄ）の例においては、最も外側の支柱のみがこの遊びを有する。

下流側レール構造１０８は、例えばステンレス製である。

下流側レール構造１０８のレール（図示せず）は、下流側支持体１０５における受圧体１０２が流水の流れに乗って移動する終点となる領域に配置され、受圧体１０２を開状態から閉状態へと導く。

流路１０９は、受圧体１０２が流水の流れに乗って移動する始点となる領域における巡回体１０１の内側の部分に、巡回体１０１の外側を流れる流水、例えば流れの下流側から上流側に移動してくる閉状態の受圧体１０２が上流側回転体１０３に到達する位置付近の水深深くからの流水を導く。このように巡回体１０１の外側から導かれる流水により、上流から流れてくる流水が上流側回転体１０３および上流側係留体１０４により遮られることにより巡回体１０１の内側に生じる淀みが解消される。

以上のように構成される流水発電装置１を、流水の速度が１メートル／秒である海の沖合において運転させた場合の例について説明する。

上流側係留体１０４は例えば海底に一方の端部が固定された複数のワイヤーロープの他方の端部に取り付けられたブイに固定されている。そのため、下流側支持体１０５はブイに取り付けられてフリーに移動できるような状態で海面のすぐ下に浮いている。そして、巡回体１０１は、上流側係留体１０４に水平方向にぶら下がるようにして、下流側支持体１０５を介して略水平方向の流水の流れに引っ張られる。そして、フィン１１０の向きによって、巡回体１０１の引っ張られる向きが適切となるように微調整される。

巡回体１０１は、上述したように、上流側から下流側へと水圧を受けながら流れていく一連の受圧体１０２（上述のように、５メートルおきに１個であるから片側で約１０個となる）の受ける力と、下流側から上流側へと水圧を受けながら流れていく一連の受圧体１０２（同様に、約１０個となる）の受ける力とがバランスし、上から見て左右対称な細長い矩形状もしくは楕円形状を維持しながら巡回する。なお、両者の力がバランスするとは、両者の受ける流水の抵抗力の差が電力を発生するための動力と等しくなるということである。

巡回体１０１の巡回によって上流側回転体１０３が上流側係留体１０４に対して回動し、その動力を発電機１０６が電力へと変換する。

（変形例）
上述した実施例は本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形が可能である。

すなわち、流水発電装置１の各構成要素を特定する数値、形状、素材、個数などはあくまでも一例であって、特に問題がなければその他の数値、形状、素材、個数などが用いられてもよい。

上述した上流側レール構造１０７は、「ハ」の字形に配置されたレールを有するレール１０７１を備えることで、受圧体１０２を閉状態から開状態へと移行させるものとしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、「ハ」の字形に代えて、「Ｙ」の字形にレールを配置することによっても、受圧体１０２を閉状態から開状態へ移行させることができる。その際、「Ｙ」の字形の下端においてレールに受容された受圧体１０２の２本の支柱１０２２−３が、「Ｙ」の字形の中腹部において左右方向に分離される。従って、「Ｙ」の字形の中腹部において、レールに緩やかな湾曲を設ければ、閉状態から開状態への移行がスムーズなものとなり望ましい。

また、流路１０９は、受圧体１０２が流水の流れに乗って移動する始点となる領域における巡回体１０１の内側の部分に、上流側回転体１０３に対し受圧体１０２が閉状態で到達する位置付近の水深深くから流水を導くものとしたが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、流路１０９は、巡回体１０１の外側を流れる流水（上流側から下流側への流速が流水発電装置１によって減じられていない位置の流水）を巡回体１０１の当該内側の部分に導くものであれば、その位置や形状は任意に変更可能である。

また、流水発電装置１の主要な要素はステンレス製であるものとしたが、本発明はこれに限られず、それらの要素がステンレス以外の金属などによって作られていてもよい。

また、巡回体１０１は長手方向における５メートルおきに合計２０個の受圧体１０２が取り付けられているものとしたが、本発明はこれに限られるものではない。したがって、上流側の巡回体１０１の後流の影響などを考慮して、できれば実際に試験を繰り返した後に最適な受圧体１０２の個数を決定することが望ましい。ここで、最適な受圧体１０２の個数とは、発電機１０６において最終的に得られる電力を最大にする個数という意味である。

図８は、巡回体１０１に対し取り付けられる受圧体１０２の密度や前面投影面積を変化させた例を示した図である。例えば、図８（ｂ）に示す受圧体１０２は、図８（ａ）に示す受圧体１０２よりも高密度で巡回体１０１に対し取り付けられている。このように、受圧体１０２の密度を高めることで、巡回体１０１の巡回方向に対し斜めに流れ込む流水のエネルギーをより多く巡回体１０１に伝達することが可能となり、より高出力の流水発電装置を実現することができる。

また、図８（ｃ）に示す受圧体１０２は、図８（ｂ）に示す受圧体１０２と密度の点では同一であるが、開状態におけるシート１０２１の翼形状の端部に加え中腹部において支柱により巡回体１０１もしくは隣接するシート１０２１に連結されている。このように、シート１０２１を巡回体１０１に連結する支柱や隣接するシート１０２１間を連結する支柱の数を増やすことで、受圧体１０２の強度が増すとともに、シート１０２１が開いた際の形状を望ましい形状に維持することができ、流れによりシート１０２１が撓んで前面投影面積が狭くなる、という問題を軽減することができる。

また、図８（ｄ）に示す受圧体１０２は、図８（ｃ）に示す受圧体１０２に用いられている支柱よりもさらに多くの支柱を用いることで、その前面投影面積が広く確保されている。このように、全面投影面積を広くすることで、巡回体１０１の巡回方向に沿った流れの流水のエネルギーをより多く巡回体１０１に伝達することが可能となり、より高出力の流水発電装置を実現することができる。

また、巡回体１０１は、ベルト状の合成樹脂の上側縁部、上下方向の中央部、下側縁部の各々に長手方向に延伸するワイヤーロープを配置した構造を有するものとしたが、他の構造のベルトまたはロープが巡回体１０１として採用されてもよい。

また、巡回体１０１は水平面内において巡回するものとしたが、本発明はこれに限られるものではない。したがって、巡回の回転軸が水平方向であってもよく、その場合、巡回体１０１における受圧体１０２の閉状態での移動は水面よりも上の位置で行われてもよい。なお、巡回体１０１の巡回の回転軸はいかなる方向を向いていてもよいが、その場合の受圧体１０２の開状態の形状は、流水の流れの方向を含む一の平面に対し概ね対称な形状である。

また、可撓性のシート１０２１はポリエチレン製であるとしたが、特に問題がなければポリエチレン以外のいかなる素材によって作られていてもよい。

また、上流側係留体１０４は流水の中において係留されているブイに取り付けられており所定の位置に浮かんだ状態で留められているものとしたが、本発明はこれに限られるものではない。したがって、上流側係留体１０４は、例えば海底や川底、海岸などに直接固定されてもよい。

また、上流側係留体１０４と上流側回転体１０３とは、複数のボールベアリングを有する円筒状の内壁面（多重圧力壁）を介して相対的に回動可能としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者がいかなる構成によって互いに回動可能であってもよい。従って、十分な強度が確保されるのであれば、例えば上流側係留体１０４を単純な車軸とし、上流側回転体１０３をその周りを自在に回転する滑車とする構成が採用されてもよい。

また、上流側係留体１０４と上流側回転体１０３とは、各々３つの円筒を有する多重圧力壁により回動可能に係合するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各々３つ以外の数の円筒を有する多重圧力壁が採用されてもよい。なお、当該多重圧力壁の円筒の数を増やせば増やすほど、その強度を高めることができるので、高出力の発電にも対応可能である。

また、上述した上流側係留体１０４と上流側回転体１０３とにおいて採用されている多重圧力壁では、複数のボールベアリングにより隣接する壁面が互いに多点で接するものとしたが、これに代えて、複数の車輪によりそれらの隣接する壁面が互いに多点で接する構成が採用されてもよい。より具体的には、上流側係留体１０４の円筒の外側面上においてそれらの円筒の軸に平行な軸の軸周りに自在に回転する車輪を複数、上流側係留体１０４に取り付けた構成が採用されてもよい。

また、上述した上流側係留体１０４と上流側回転体１０３とにおいて採用されている多重圧力壁では、上流側係留体１０４の円筒の外側面上に複数のボールベアリングが配置されるものとしたが、それに代えて、上流側回転体１０３の円筒の内側面上に複数のボールベアリング（もしくは車輪）が配置される構成が採用されてもよい。その場合も、多重圧力壁の互いに隣接する壁面間が自在に回転する多点で接するため、軸周りの回転が阻害されることなく大きな力を支えることが可能となる。

また、下流側支持体１０５は矩形状の板を湾曲させて半円筒形状にされるものとしたが、本発明はこれに限られず、特に問題がなければ下側支持体１０５はいかなる形状および構成を有していてもよい。また、場合によっては、下流側支持体１０５は、設けられなくてもよい。下流側支持体１０５がなくても流水発電装置１の形状のバランスがとれる場合もあり得るからである。

また、下流側支持体１０５はフリーな状態で巡回体１０１を支持するものとしたが、本発明はこれに限られず、下流側支持体１０５は流水中において移動しないものに対して係留されていてもよい。例えば、下流側支持体１０５は、海底や川底に固定されたワイヤーロープに繋がれているブイに固定されてもよいし、海底や川底、海岸などに直接固定されていてもよい。

また、フィン１１０は、特に問題がなければいかなる形状を有していてもよく、また場合によってはなくてもよい。

また、上述した流水発電装置１の運転例の説明はあくまでも一例であって、他のいかなる方法によって用いられてもよい。

また、上述した外側円筒部１０３１は厚さが０．５メートルの中空構造であるものとしたが、その厚さや構造はこれに限られない。例えば、外側円筒部１０３１の厚さを０．１メートル程度に薄くし、中密構造が採用されてもよい。また、外側円筒部１０３１の厚さを１．５メートル程度に厚くし、中空構造を採用することで、上流側回転体１０３の水中における重量をより軽量化してもよい。その場合、上流側回転体１０３の浮力が大きく、上流側回転体１０３が水面上に浮くようであれば、上流側回転体１０３の中空部に適量の水を収容させて、上流側回転体１０３の浮力を上流側回転体１０３の重量とバランスさせる（上流側回転体１０３の水中の重量をゼロにする）ことで、上流側回転体１０３と上流側係留体１０４との間の摩擦力を低減する構成が採用されてもよい。

また、上流側回転体１０３の中間円筒部１０３４および円筒部１０４２が上流側係留体１０４の基板１０４１と接する部分と、上流側係留体１０４の円筒部１０４２が上流側回転体１０３のブリッジ部１０３３と接する部分に、上流側回転体１０３が上流側係留体１０４に対し回動する際の摩擦力を低減するためのボールベアリングもしくは車輪を配置する構成が採用されてもよい。

なお、上述した実施例にかかる流水発電装置１の規模は一例であって、その規模、すなわち上流側回転体１０３や上流側係留体１０４の直径、巡回体１０１の総延長、受圧体１０２の数当は様々に変更可能である。従って、例えば上流側回転体１０３の直径が１００メートル、巡回体１０１の総延長が２キロメートルのような大規模な流水発電装置１が実施されてもよい。

本発明の流水発電装置は、比較的大きな発電量を常時得ることが可能なので広く使用され得る。そのため、小型のものは大量に製造・販売され、いわゆる製造業や小売業などのサービス業において利用可能であるとともに、大型のものは建設業などにおいても利用可能である。

１…流水発電装置、１０１…巡回体、１０２…受圧体、１０２１…可撓性のシート、１０２２…支柱、１０３…上流側回転体、１０４…上流側係留体、１０５…下流側支持体、１０６…発電機、１０７…上流側レール構造、１０７１…レール、１０８…下流側レール構造、１０９…流路、１１０…フィン

Claims (7)

1. 環状に形成された紐状体もしくは帯状体である巡回体と、
   前記巡回体に取り付けられ、流水のエネルギーを受けて前記巡回体を巡回させる受圧体と、
   前記流水の上流側に配置され、前記巡回体に接触し前記巡回体の巡回に伴い軸周りに自在に回動する上流側回転体と、
   前記上流側回転体に接触しつつ前記上流側回転体に対し自在に回動可能であり、前記上流側回転体を前記流水に抗して一定の位置に係留する上流側係留体と、
   前記巡回体に駆動され回動する前記上流側回転体の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と
   を備え、
   前記受圧体は、前記流水の上流側から下流側へ向かって巡回している間は前記流水のエネルギーを受けて開状態の形状で維持され、前記流水の下流側から上流側へ向かって巡回している間は前記流水のエネルギーを受けて、前記開状態の形状における前記受圧体の前記流水を受ける面積よりも前記流水を受ける面積が狭い閉状態の形状で維持され、
   前記受圧体は、一の端辺が前記巡回体に連結された可撓性のシートと、前記可撓性のシートの当該一の端辺とは異なる端辺に取り付けられた支柱を有し、
   前記上流側係留体の前記受圧体が前記流水の流れに乗って移動する始点となる領域に配置されたレールであって、前記受圧体の前記支柱の端部が嵌りながら移動することを許容し、前記支柱を前記巡回体から遠ざかる方向に導くことにより、前記受圧体を前記閉状態の形状から前記開状態の形状へと導くレール
   を備える
   流水発電装置。
2. 前記受圧体は、前記流水の流れの方向を含む一の平面に対し互いに対称な位置に配置された２枚の前記可撓性のシートと、当該２枚の前記可撓性のシートの各々の端辺に各々取り付けられた２本の前記支柱を有する
   請求項１に記載の流水発電装置。
3. 前記流水の下流側に配置され、前記巡回体の自在な巡回を許容しつつ前記巡回体に接触し、前記流水における下流側において前記巡回体を支持する下流側支持体
   を備える請求項１または２に記載の流水発電装置。
4. 前記下流側支持体の前記受圧体が前記流水の流れに乗って移動する終点となる領域に配置されたレールであって、前記受圧体の前記支柱の端部が嵌りながら移動することを許容し、前記支柱を前記巡回体に近づく方向に導くことにより、前記受圧体を前記開状態の形状から前記閉状態の形状へと導くレール
   を備える請求項３に記載の流水発電装置。
5. 前記受圧体が前記流水の流れに乗って移動する始点となる領域の前記巡回体の内側の部分に、前記巡回体の外側を流れる前記流水を導く流路を形成する構造体を備える
   請求項１乃至４のいずれかに記載の流水発電装置。
6. 前記上流側係留体は、１の円柱と当該１の円柱と同心で当該１の円柱の側面を周りから覆うように配置された１以上の円筒、もしくは２以上の同心の円筒を有し、
   前記上流側回転体は２以上の同心の円筒を有し、
   前記上流側回転体の前記２以上の円筒の各々の内側面と、前記上流側係留体の前記１の円柱と前記１以上の円筒、もしくは前記２以上の円筒のいずれかの外側面とは、複数のボールベアリングもしくは車輪を介して接する
   請求項１乃至５のいずれかに記載の流水発電装置。
7. 前記下流側支持体の前記流水の下流側のいずれかの部分に配置され、前記流水の中における前記下流側支持体の位置を安定させるためのフィン
   を備える請求項３に記載の流水発電装置。