JP6025634B2 - 流水発電装置 - Google Patents

Description

この発明は、河川や水路等の流水のエネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う流水発電装置に関する。

昨今、再生可能エネルギーを利用した地球環境に優しく安全な発電システムの開発が盛んに行われている。
再生可能エネルギーの中でも、水力は、環境への負荷が少なくコストをかけずに繰り返し利用できる優れたエネルギーであるが、ダムを利用した水力発電装置を除けば未だ十分に活用されているとは言い難い状況にあり、その要因は、期待経済効率である大容量発電の未達成に依拠すると考えられる。
水力発電装置の一形態として、落差による位置エネルギーを利用せず、専ら河川等の自然な流れによる運動エネルギーを利用した流水発電装置が考案されている。
このような流水発電装置としては、例えば下記の特許文献１に示すように、流水の流れ方向に間隔をおいて配置された２本の垂直回転軸のそれぞれに２つのスプロケットが上下に間隔をおいて取り付けられ、上スプロケットどうし及び下スプロケットどうしにそれぞれ無端状のチェーンが巻き掛けられ、両チェーンに複数の支持枠が長さ方向所定間隔おきに渡し止められるとともに、各支持枠に受水板が取り付けられており、受水板が流水を受けてチェーン、スプロケットおよび垂直回転軸が所定方向に回転させられることにより、一方の垂直回転軸に伝動手段を介して接続された発電機が駆動されて発電が行われるようになされたものが知られている。この装置によれば、河川や水路に設置するだけで継続的に発電を行うことが可能となる。
ここで、一定の流水から高効率でエネルギーを取得するためには、例えば受水板の総面積を大きくする等して流水から受ける動力源としての水力荷重を最大化する一方、水力による回転負荷を最小化することが必要になると考えられる。しかしながら、上述した従来の流水発電装置の場合、受水板が支持枠を介してチェーンに取り付けられているため、受水板が流水を受けるとこれがチェーンに対する張力として作用してしまう。そのため、受水板が流水から受ける水力荷重が大きくなると、過大な張力によってチェーンがスムーズに回転しないおそれがあり、上記２つの条件を同時に満たすことが困難であるため、高出力が得られず、未だ実用化には至っていないものと考えられる。

特開昭５３−９２０６１号公報

この発明の目的は、河川等の流水から高効率でエネルギーを取得することができ、期待される高出力が得られ、更には、装置の大型化や装置の重層・連結などによる大規模発電プラント化が可能な流水発電装置を提供することにある。

この発明による流水発電装置は、流水の流れ方向に間隔をおいて水平に配置された２つの巻掛車に無端状の索状体が巻き掛けられてなる巻掛伝動手段と、索状体の周囲に索状体と一定の間隔をおいて設けられた無端状の走行レールと、走行レールに走行可能に組み付けられかつ索状体に連結された複数の走行体と、各走行体に一端が取り付けられたアームと、各アームに少なくとも１つずつ取り付けられ、流水を受けることによって走行体を所定方向に循環走行させ得る受水体と、走行体の走行に伴う巻掛伝動手段の回転により駆動される発電機とを備えているものである。
上記装置にあっては、受水体が、走行レールに組み付けられた走行体に取り付けられているため、受水体が流水から受けた水力荷重が巻掛伝動手段の索状体に対して張力として作用しない。従って、上記装置によれば、例えば受水体の総面積を大きくしたりアームの長さを長くしたりした場合でも、発電機に動力を伝える索状体の回転に支障が生じるおそれがないので、水力荷重（動力源）の最大化と水力負荷（回転抵抗）の最小化が同時に達成される。
従って、この発明の流水発電装置によれば、河川等の流水から高効率でエネルギーを取得することができ、期待される高出力が得られる。また、この発明の流水発電装置によれば、該装置を大型化したりあるいは該装置を重層・連結したりすることが可能であり、それによって大規模発電プラント化を実現することができる。

この発明による流水発電装置において、各アームは、走行体が走行レールの一方の側を流水の下流側に向かって順走行させられる際に流水の流れ方向に対してほぼ直角をなす一方、走行体が走行レールの他方の側を流水の上流側に向かって戻り走行させられる際に下流側に倒れるように、走行体に対して所定角度揺動可能となされているのが好ましい。
アームが走行体に対して上記のように揺動可能となされていれば、走行体が順走行させられる際に受水体が流水から受ける水力荷重を増大することができる一方、走行体が戻り走行させられる際にアームおよび受水体が流水から受ける水力負荷を軽減することができる。

この発明による流水発電装置において、受水体が上下１対の受水板よりなり、これらの受水板は、走行体が走行レールの一方の側を下流側に向かって順走行させられる際に互いに離れて開いた状態となる一方、走行体が走行レールの他方の側を上流側に向かって戻り走行させられる際に互いに近づいて閉じた状態となるように、一端部がアームに所定角度揺動自在に取り付けられている場合がある。
上記の場合、上下１対の受水板が順走行時・戻り走行時に流水によって自動的に開いたり閉じたりするので、順走行時に受水体が流水から受ける水力荷重を増大することができると共に、戻り走行時に受水体が流水から受ける水力負荷を軽減することができる。

受水体を上下１対の受水板によって構成する上記態様において、上側の受水板の上端部に浮力部材が取り付けられているのが好ましい。
浮力部材が上側の受水板に備えられていれば、アームの先端側が自重で沈下するのが緩和される上、上側の受水板の開閉動作がより円滑に行われる。従って、この態様によれば、アームをより長尺にすることが可能となり、ひいては流水からより大きな水力荷重が得られるようになる。

受水体を上下１対の受水板によって構成する上記態様において、下側の受水板の下端部に錘部材が取り付けられている場合もある。
錘部材が下側の受水板に備えられていれば、下側の受水板の開閉動作がより円滑に行われるので、アームの長尺化ひいては流水から受ける水力荷重の増大に寄与しうる。

また、この発明による流水発電装置において、アームの先端部に浮力部材が取り付けられている場合がある。
この場合も、浮力部材によってアームの先端側が自重で沈下するのが緩和されるので、アームを長尺化して流水から受ける動力源としての水力荷重を増大させることが可能である。

この発明による流水発電装置において、受水体は、隣り合うアームに取り付けられているものどうしがアームの長さ方向にずれるように配置されている場合がある。
この場合、隣り合うアームに取り付けられている受水体どうしが流水の流れ方向に重ならないため、流水からの水力荷重を効率良く受けることができる。

この発明による流水発電装置の好ましい態様として、全てのアームまたは１つ置きもしくは複数置きのアームが、直列状に連結された複数本のアーム部材よりなり、隣り合うアーム部材の端部どうしは、走行体が走行レールの一方の側を下流側に向かって順走行させられる際に両アーム部材が１直線状に並ぶ一方、走行体が走行レールの他方の側を上流側に向かって戻り走行させられる際に先端側のアーム部材が下流側に倒れるように、所定角度相対回動可能に連結されている場合がある。
この場合、走行体の順走行時・戻り走行時に、複数本のアーム部材が流水によって自動的に１直線状になったり先端側のアーム部材が下流側に倒れたりするので、順走行時に受水体が流水から受ける水力荷重を増大することができると共に、戻り走行時に受水体が流水から受ける水力負荷を軽減することができ、ひいてはアームを長尺化して高出力を得ることが可能となる。

この発明による流水発電装置において、走行レールが上下に間隔をあけて配置された上レール体および下レール体よりなり、各走行体が、上下レール体の一方の側面に跨るように配置される第１側面部、上下レール体の他方の側面に跨るように配置される第２側面部および上下レール体どうしの間隙を通して第１側面部と第２側面部を連結する連結部を備えたボディの内部に、上レール体の一方の側面および他方の側面をそれぞれ転動する少なくとも１対の上部水平ローラと、上レール体の下端面を転動する少なくとも１つの上部垂直ローラと、下レール体の一方の側面および他方の側面をそれぞれ転動する少なくとも１対の下部水平ローラと、下レール体の上端面を転動する少なくとも１つの下部垂直ローラとを組み込んでなるものである場合がある。
走行体を上記のような構成とすれば、同走行体にアームを介して取り付けられた受水体が流水から大きな水力荷重を受けたとしても、容易に破損することがなく、走行体をスムーズに走行させることができる。

また、この発明による流水発電装置において、走行体どうしの間に、走行レールに走行可能に組み付けられかつ索状体に連結された補助走行体が少なくとも１つずつ介在され、走行体および補助走行体の隣り合うものどうしが間隔保持部材によって連結されている場合がある。
上記の場合、走行体どうしの間にアームなしの補助走行体が介在されるとともに、走行体および補助走行体の隣り合うものどうしが間隔保持部材によって連結されるため、走行体どうしが互いに接近離間することなく一定の間隔で走行レールを走行させられるので、走行体の走行に支障が生じたり、走行体に取り付けられたアームおよび受水体どうしが接触して破損したりするのを防止することができる。
なお、補助走行体を省略して、隣り合う走行体どうしを間隔保持部材によって連結することも可能である。

この発明による流水発電装置の好ましい態様として、該装置が土台、支柱および横架材を備えた躯体の中に設置されており、流水中に固定状に立てられた複数本の係留柱に躯体が昇降自在に連結され、受水体を所定の水深に保持しうるように躯体に浮体が取り付けられている場合がある。
上記の態様によれば、流水発電装置を河川等に設置するに当たってコンクリート構造物等を構築する必要がないので、環境への負荷が少なく、設置コストも大幅に抑えられる上、河川の主流の変化等に伴う設置場所の変更も比較的容易に行うことができる。また、上記態様の場合、躯体によって装置が保護されるため、流水中における装置の損傷を軽減することができる。加えて、装置を躯体ごと係留柱に沿って適宜の昇降駆動手段により昇降させれば、流水中に配置されるポジションと流水の水位よりも上方に配置されるポジションとの間を容易に移動させることができるので、メンテナンス作業が容易となる。さらには、躯体に取り付けられた浮体によって受水体が所定の水深に保持されるため、水位の変動に伴う位置調整が不要となり、常に一定の出力が得られる。なお、受水体が保持される水位は、河川等の川底までの水深や要求される出力等に応じて適宜設定すれば良いが、好適には水流が早い水面近くに設定される。

この発明の実施形態を示すものであって、流水発電装置の垂直断面図である。 流水発電装置の要部を示す平面図である。 流水発電装置の躯体に設けられた昇降体を拡大して示す水平断面図である。 流水発電装置の走行体を拡大して示す垂直断面図である。 流水発電装置のアームを拡大して示す平面図である。 アームを構成するアーム部材どうしの連結部分を示すものであって、（ａ）は１直線状に並んだ状態の平面図、（ｂ）は先端側のアーム部材が下流側に倒れた状態の平面図、（ｃ）は（ａ）のC−C線に沿う垂直断面図である。 アーム部材どうしの連結部分を分解して示す斜視図である。 アームに取り付けられた受水板を拡大して示す側面図である。 図８のIX−IX線に沿う垂直断面図である。

この発明の実施形態を、図１〜図９を参照して以下に説明する。
この実施形態の流水発電装置（１）は、図１および図２に示すように、流水の流れ方向（Ｆ）に間隔をおいて水平に配置された２つの巻掛車（２１）に無端状の索状体（２２）が巻き掛けられてなる巻掛伝動手段（２）と、索状体（２２）の周囲に索状体（２２）と一定の間隔をおいて設けられた無端状の走行レール（３）と、走行レール（３）に走行可能に組み付けられかつ索状体（２２）に連結された複数の走行体（４）と、各走行体（４）に一端が取り付けられたアーム（５Ａ）（５Ｂ）と、各アーム（５Ａ）（５Ｂ）に１つまたは２つずつ取り付けられ、流水を受けることによって走行体（４）を所定方向に循環走行させ得る受水体（６）と、走行体（４）の走行に伴って巻掛伝動手段（２）が回転させられることにより駆動される発電機（図示略）とを備えている。
なお、図２において、走行体（４）は、便宜上走行レール（３）の両側直線部分に配置されたものだけを図示したが、実際には走行レール（３）の全周にわたって一定間隔おきに組み付けられている。

図１に示すように、上述した本装置（１）のうち発電機以外の構成要素（２）（３）（４）（５）（６）は、土台（１１）、支柱（１２）および横架材（１３）を備えた躯体（１０）の中に設置されている。土台（１１）は、例えばステンレス鋼製の底板材によって構成される。支柱（１２）の上端部間に渡し止められた横架材（１３）には、例えばエアタンクよりなる浮体（１４）が取り付けられている。
躯体（１０）は、流水中に固定状に立てられた複数本の係留柱（１５）に昇降可能に連結されている（図１参照）。係留柱（１５）は、例えば躯体（１０）の四隅部に近接して計４本設けられ、それぞれが川底等に打ち込まれることによって垂直状に固定される。また、係留柱（１５）は、これらのほぼ上半部が水面よりも上方に位置するような長さを有している。係留柱（１５）の上端部どうしの間には、横架材（１７）が渡し止められている。躯体（１０）上部および下部の四隅部には昇降体（１６）が取り付けられている。図３に示すように、昇降体（１６）は、一端部が躯体に固定された箱状のボディ（１６１）を備えている。ボディ（１６１）の中央部には、係留柱（１５）が緩く嵌め入れられる垂直貫通孔があけられている。ボディ（１６）の内部には、係留柱（１５）の表面と転がり接触させられる複数個（好適には、４個または３個）の垂直ローラ（１６２）が周方向に等間隔おきに設けられている。
装置（１）を収容した躯体（１０）は、例えばウィンチ等の昇降駆動装置（図示略）により係留柱（１５）に沿って昇降させられるようになっている。発電時には、図１に示すように流水中に装置（１）および躯体（１０）が配置される。この際、装置（１）および躯体（１０）は、係留状態、即ち、浮体（１４）の浮力によって流水に浮いた状態となされる。一方、メンテナンス作業等を行う際には、ウィンチ等によって装置（１）および躯体（１０）が流水の水面よりも上方位置まで持ち上げられる。
また、流水中において、躯体（１０）の下方には底部ガード（１８）が配置されている。底部ガード（１８）は、例えばステンレス鋼板よりなり、係留柱（１５）に固定状に連結されている。この底部ガード（１８）により、躯体（１０）および装置（１）が川底等に接触して損傷するのが防止されるようになっている。

巻掛伝動手段は、２つのスプロケット（２１）に無端状のチェーン（２２）が巻掛けられたチェーン伝動装置（２）よりなる。各スプロケット（２１）は、垂直回転軸（２３）に取り付けられている。一方の垂直回転軸（２３）は、その回転力が滑車装置（７）を介して発電機の駆動軸に伝動されるようになっている（図１、２参照）。
なお、チェーン伝動装置（２）に代えて、ベルト伝動装置やロープ伝動装置等を用いることも可能である。

走行レール（３）は、上下に間隔をあけて配置された上レール体（３１）および下レール体（３２）よりなる。上下レール体（３１）（３２）は、例えば帯状ステンレス鋼板やステンレス鋼棒等を曲げ加工・溶接して形成することができる。上レール体（３１）は、躯体（１０）の横架材（１３）等に吊り下げ状態で固定されている。下レール体（３２）は、躯体（１０）の土台（１１）に載置固定されている。

図４に詳しく示すように、各走行体（４）は、ボディ（４１）を有している。ボディ（４１）は、上下レール体（３１）（３２）の径方向内側面に跨るように配置される第１側面部（４１１）、上下レール体（３１）（３２）の径方向外側面に跨るように配置される第２側面部（４１２）、および上下レール体（３１）（３２）どうしの間隙を通して第１側面部（４１１）と第２側面部（４１２）とを連結する連結部（４１３）を備えている。
そして、ボディ（４１）の内部に、上レール体（３１）の径方向内側面および径方向外側面をそれぞれ転動する２対の上部水平ローラ（４２）と、上レール体（３１）の下端面を転動する１つの上部垂直ローラ（４３）と、下レール体（３２）の径方向内側面および径方向外側面をそれぞれ転動する２対の下部水平ローラ（４４）と、下レール体（３２）の上端面を転動する１つの下部垂直ローラ（４５）とが組み込まれている。
ボディ（４１）の第１側面部（４１１）および第２側面部（４１２）は、それぞれ垂直壁、上部水平壁（４１１ａ）（４１２ａ）および下部水平壁（４１１ｂ）（４１２ｂ）を有している。ボディ（４１）の連結部（４１３）は、第１側面部（４１１）および第２側面部（４１２）の垂直壁の高さ中央どうしを繋ぐように水平にのびている。また、ボディ（４１）の内部には、第１側面部（４１１）・第２側面部（４１２）の垂直壁上部から上レール体（３１）の径方向内側面・径方向外側面に向かってのびる下向きＬ形壁（４１４）と、第１側面部（４１１）・第２側面部（４１２）の下半部から下レール体（３２）の径方向内側面・径方向外側面に向かってのびる上向きＬ形壁（４１５）とが形成されている。
第１側面部（４１１）・第２側面部（４１２）の上部水平壁（４１１ａ）（４１２ａ）と、下向きＬ形壁（４１４）の水平部との間に、上部水平ローラ（４２）の軸（４２１）が渡し止められている。第１側面部（４１１）・第２側面部（４１２）の下部水平壁（４１１ｂ）（４１２ｂ）と、上向きＬ形壁（４１５）の水平部との間に、下部水平ローラ（４４）の軸（４４１）が渡し止められている。２つの下向きＬ形壁（４１４）の垂直部どうしの間に、上部垂直ローラ（４３）の軸（４３１）が渡し止められている。また、２つの上向きＬ形壁（４１５）の垂直部どうしの間に、下部垂直ローラ（４５）の軸（４５１）が渡し止められている。
ボディ（４１）の第２側面部（４１２）の外側には、アーム取付部（４６）が一体に設けられている。アーム取付部（４６）は、第２側面部（４１２）に接合された垂直部（４６１）と、垂直部（４６１）の高さ中間部から外方に延びる水平凸部（４６２）とを有している。水平凸部（４６２）の上面側には、垂直断面Ｌ形の切欠部（４６３）が形成されており、切欠部（４６３）の上面にアーム（５Ａ）（５Ｂ）の基端部が受けられて取付軸（４７）により回動自在に取り付けられている。切欠部（４６３）は、図５に示すように、平面より見て、一方の側面が走行体（４）の長さ方向と直交する方向にのび、他方の側面が一方の側面に対して所定角度だけ走行方向に傾斜した方向にのびている。これにより、アーム（５Ａ）（５Ｂ）の回動角度が規制されるようになっている。より具体的にいうと、アーム（５Ａ）（５Ｂ）は、走行体（４）が走行レール（３）の一方の側（図１の左側、図２の上側）を流水の下流側に向かって順走行させられる際に流水に対してほぼ直角をなすように保持される一方、走行体（４）が走行レール（３）の他方の側（図１の右側、図２の下側）を流水の上流側に向かって戻り走行させられる際に下流側に倒れるように、走行体（４）に対して所定角度揺動可能となされている。
ボディ（４１）の第１側面部（４１１）の径方向内側面には、チェーン（２２）との連結部（４８）が設けられている。この連結部（４８）は、第１側面部（４１１）の径方向内側面の高さ中央部から水平方向に短く突出した板片状のものであって、チェーン（２２）のリンクに設けられた連結部（２２１）に、連結リング（４９）を介して、互いに水平方向揺動自在に連結されている。

図２および図５に示すように、走行体（４）どうしの間には、走行レール（３）に走行可能に組み付けられかつチェーン（２２）に連結された補助走行体（４Ｓ）が１つずつ介在されている。補助走行体（４Ｓ）の構造は、アーム取付部（４６）を有していない点を除いて、走行体（４）と実質的に同じである。

また、図５に示すように、走行体（４）および補助走行体（４Ｓ）の隣り合うものどうしが、間隔保持部材（８）によって連結されている。間隔保持部材（８）としては、例えば、ステンレス鋼製帯状板片の両端部を筒状に曲げ加工したものを用いることができ、隣り合う走行体（４）および補助走行体（４Ｓ）の連結部（４１３）に跨るようにピン等によって回動自在に取り付けられる。

アームには、１本のアーム部材（５１）よりなる短尺アーム（５Ａ）と、直列状に連結された２本のアーム部材（５１）よりなる長尺アーム（５Ｂ）とがあり、これら２種類のアーム（５Ａ）（５Ｂ）が整列方向に交互に配置されている（図２および図５参照）。アーム部材（５１）は、例えばステンレス鋼製の棒材や管材によって構成される。
長尺アーム（５Ｂ）を構成する２つのアーム部材（５１）の端部どうしは、走行体（４）が順走行させられる際に両アーム部材（５１）が１直線状に並ぶように保持される一方、走行体（４）が戻り走行させられる際に先端側のアーム部材（５１）が下流側に倒れるように、所定角度相対回動可能に連結されている。
なお、長尺アーム部材（５Ｂ）を構成するアーム部材（５１）の本数は、川幅等に応じて更に多くすることも可能である。また、短尺アーム（５Ａ）と長尺アーム（５Ｂ）の組合せについても適宜アレンジ可能である。

図６および図７に、アーム部材（５１）の端部どうしの連結部分の構造が詳しく示されている。両アーム部材（５１）の連結端部は、３層（５１０Ｕ）（５１０Ｍ）（５１０Ｌ）構造となされている。そして、両者の中間層（５１０Ｍ）が、互いに所定角度回動可能に組み合わせられている。一方のアーム部材（５１）に設けられた第１連結端部（５１ａ）は、平面より見て略凸半円弧状の輪郭を有しており、他方のアーム部材（５１）に設けられた第２連結端部（５１ｂ）は、平面より見て略凹半円弧状の輪郭を有している。
第１連結端部（５１ａ）の中間層（５１０Ｍ）には、第１連結端部（５１ａ）の凸円弧状輪郭と同軸状の中心円孔（５１１）と、中心円孔（５１１）の内側部分に連なる断面扇形の内側切欠部（５１２）と、中心円孔（５１１）の外側部分に連なりかつ端面に開口した断面扇形の外側切欠部（５１３）とが設けられている。内側切欠部（５１２）および外側切欠部（５１３）は、平面より見て第１連結端部（５１ａ）の長さ方向に対して所定角度傾いた位置に形成されている。
一方、第２連結端部（５１ｂ）の中間層（５１０Ｍ）には、第１連結端部（５１ａ）の外側切欠部（５１３）内に周方向移動可能に配置される断面扇形の内側突出部（５１４）と、内側突出部（５１４）の先端に連なりかつ第１連結端部（５１ａ）の中心円孔（５１１）に回動自在に嵌め入れられる中心円柱部（５１５）と、中心円柱部（５１５）の外側部分に連なりかつ第１連結端部（５１ａ）の内側切欠部（５１２）内に周方向移動可能に配置される断面扇形の外側突出部（５１６）とが設けられている。内側突出部（５１４）および外側突出部（５１６）は、第２連結端部（５１ｂ）の長さ方向と同じ方向にのびている。
第１連結部（５１ａ）および第２連結部（５１ｂ）は、両者の中間層（５１０Ｍ）どうしを適宜組み合わせた上で、これらに上下層（５１０Ｕ）（５１０Ｌ）を重ね合わせ、この状態で第１連結部（５１ａ）の上下層（５０１Ｕ）（５１０Ｌ）および第２連結部（５１ｂ）の中間層（５１０Ｍ）の中心円柱部（５１５）にあけられた垂直挿通孔（５１７）に挿通したリベット等の軸部材（５２）によって互いに回動自在に連結されている。
そして、図６（ａ）に示すように、内側切欠部（５１２）と外側突出部（５１６）の一側面どうし、および外側切欠部（５１３）と内側突出部（５１４）の一側面どうしがそれぞれ係合することによって、走行体（４）が順走行させられる際に両アーム部材（５１）が１直線状に並ぶように保持されるようになっている。
また、図６（ｂ）に示すように、内側切欠部（５１２）と外側突出部（５１６）の他側面どうし、および外側切欠部（５１３）と内側突出部（５１４）の他側面どうしがそれぞれ係合することによって、走行体（４）が戻り走行させられる際に先端側のアーム部材（５１）が下流側に所定角度だけ倒れ、同位置に保持されるようになっている。

受水体（６）は、短尺アーム（５Ａ）の先端側部分に１つ取り付けられ、長尺アーム８５Ｂ）の基端側部分と先端側部分に１つずつ取り付けられている。これにより、隣り合うアーム（５Ａ）（５Ｂ）に取り付けられている受水体（６）どうしがアーム（５Ａ）（５Ｂ）の長さ方向にずれるように配置されている。

各受水体（６）は、上下１対の受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）よりなる。これらの受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）は、走行体（４）が順走行させられる際に互いに離れて開いた状態となる一方、走行体（４）が戻り走行させられる際に互いに近づいて閉じた状態となるように、一端部がアーム（５Ａ）（５Ｂ）に所定角度揺動可能に取り付けられている。
各受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）は、例えばステンレス鋼板によって形成されている。
受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）の基端部（６０１）は曲げ加工により円筒状となされており、アーム（５Ａ）（５Ｂ）に設けられた断面円形の受水板取付部（５４）に緩く嵌められている。受水板取付部（５４）には、受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）の開度を規制する規制部材（９）が設けられている。規制部材（９）は、受水板取付部（５４）から水平方向にのびる略扇形の垂直板状体（９１）と、垂直板状体（９１）の先端側に取り付けられた略半円弧形の線状体（９２）とよりなる。線状体（９２）は、その円弧長さの中央部が垂直板状体（９１）の先端部に上下貫通状に取り付けられ、上下の先端部が上下の受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）それぞれに形成された挿通孔（６０２）に緩く挿通されると共に、受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）が所定の開度となった際に挿通孔（６０２）の縁部に係り止められようにＬ形に折り曲げられている。
従って、上下の受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）は、垂直板状体（９１）の上下縁部と当接する際に、開度が最も小さい閉状態となされる一方、挿通孔（６０２）の縁部に線状体（９２）の折曲先端部（９２１）が係り止められる際に、開度が最も大きい開状態となされる。

上側の受水板（６０Ａ）の上端部には、浮力部材（６１）が取り付けられている。また、アーム（５Ａ）（５Ｂ）の先端部にも浮力部材（５３）が取り付けられている。これらの浮力部材（６１）（５３）は、例えば所定形状の発泡樹脂成形体によって構成することができる。
下側の受水板（６０Ｂ）の下端部には、錘部材（６２）が取り付けられている。錘部材（６２）としては、例えばステンレス鋼製の棒材が用いられる。

この実施形態では、アーム（５Ａ）（５Ｂ）が走行体（４）から水平横向きに伸びるものとなされているので、比較的水深が浅い河川等においても支障なく発電を行うことが可能である。もっとも、河川等の水深が十分ある場合、先端が垂直下向き又は斜め下向きとなるアームを使用することも可能である。このようなアームを用いれば、例えば、アームの一部と受水体のみが流水中に配置され、残りの装置構成要素が流水の水面よりも上方に配置されるような構成が可能となり、メンテナンス性や耐久性の向上が期待できる。

次に、上記流水発電装置（１）の動作を説明する。
まず、装置（１）は、これが収容されている躯体（１０）をウィンチ等の昇降駆動装置により係留柱に沿って降下させることにより、所定の水深に受水板（６Ａ）（６Ｂ）が来るように流水中に配置される。
この状態で、走行レール（３）の一方の側（図１の左側、図２の上側）に位置する走行体（４）にアーム（５Ａ）（５Ｂ）を介して取り付けられている上下の受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）が流水から水力荷重を受けると、走行体（４）が下流方向に押されて走行レール（３）を所定方向（図２の時計回り方向）に循環走行させられる。
ここで、アーム（５Ａ）（５Ｂ）は、走行体（４）が走行レール（３）の一方の側（図１の左側、図２の上側）を流水の下流側に向かって順走行させられる際に流水に対してほぼ直角をなすように保持される一方、走行体（４）が走行レール（３）の他方の側（図１の右側、図２の下側）を流水の上流側に向かって戻り走行させられる際に下流側に倒れるようになされている。加えて、長尺アーム（５Ｂ）を構成する２つのアーム部材（５１）の端部どうしは、走行体（４）が順走行させられる際に両アーム部材（５１）が１直線状に並ぶように保持される一方、走行体（４）が戻り走行させられる際に先端側のアーム部材（５１）が下流側に倒れるようになっている。さらに、上下の受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）は、走行体（４）が順走行させられる際に互いに離れて開いた状態となる一方、走行体（４）が戻り走行させられる際に互いに近づいて閉じた状態となされる。従って、この装置（１）によれば、順走行時に受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）が流水から受ける水力荷重を増大することができる一方、戻り走行時に受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）が流水から受ける水力負荷を減少することができる。
そして、走行体（４）が循環走行させられるのに伴い、これらに連結されているチェーン（２２）が同方向に回転させられるので、それによってスプロケット（２１）および垂直回転軸（２３）が回転する。垂直回転軸（２３）の回転力は、滑車装置（７）で増幅されて発電機の駆動軸に伝動され、それによって発電が行われる。

以上の通り、この実施形態の流水発電装置（１）によれば、流水から受ける水力荷重によって効率的に発電が行われ、高効率でエネルギーを取得することができる。また、上記装置（１）にあっては、設置場所の条件等に応じて、アーム（５Ａ）（５Ｂ）の長さ、アーム１本当たりの受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）の枚数／面積、走行レール（３）の流水流れ方向の長さの調整による受水板（６０Ａ）（６０Ｂ）の総枚数／総面積を適宜増減させることができ、それらの設定によって、期待される出力が確実に得られる。さらに、上記の装置（１）によれば、装置（１）全体を大型化したり、或いは装置（１）を２層以上に重層して設置したり、２個以上を連結することもできるので、それによって大規模発電プラント化を実現することも可能である。

なお、上記の実施形態はあくまでも例示にすぎず、特許請求の範囲に記載されたこの発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更を加えた上でこの発明を実施することも勿論可能である。

（１）：流水発電装置
（２）：チェーン伝動装置（巻掛伝動装置）
（２１）：スプロケット（巻掛車）
（２２）：チェーン（索状体）
（３）：走行レール
（３１）：上レール体
（３２）：下レール体
（４）：走行体
（４１）：ボディ
（４１１）：第１側面部
（４１２）：第２側面部
（４１３）：連結部
（４２）：上部水平ローラ
（４３）：上部垂直ローラ
（４４）：下部水平ローラ
（４５）：下部垂直ローラ
（４Ｓ）：補助走行体
（５Ａ）：短尺アーム（アーム）
（５Ｂ）：長尺アーム（アーム）
（５１）：アーム部材
（５３）：浮力部材
（６）：受水体
（６０Ａ）（６０Ｂ）：受水板
（６１）：浮力部材
（６２）：錘部材
（８）：間隔保持部材
（１０）：躯体
（１１）：土台
（１２）：支柱
（１３）横架材
（１４）：浮体
（１５）：係留柱

Claims (10)

1. 流水の流れ方向に間隔をおいて水平に配置された２つの巻掛車に無端状の索状体が巻き掛けられてなる巻掛伝動手段と、
   索状体の周囲に索状体と一定の間隔をおいて設けられた無端状の走行レールと、
   走行レールに走行可能に組み付けられかつ索状体に連結された複数の走行体と、
   各走行体に一端が取り付けられたアームと、
   各アームに少なくとも１つずつ取り付けられ、流水を受けることによって走行体を所定方向に循環走行させ得る受水体と、
   走行体の走行に伴う巻掛伝動手段の回転により駆動される発電機とを備えている流水発電装置であって、
   前記流水発電装置は、土台、支柱および横架材を備えた躯体の中に設置されており、流水中に固定状に立てられた複数本の係留柱に躯体が昇降自在に連結され、受水体を所定の水深に保持しうるように躯体に浮体が取り付けられていることを特徴とする、流水発電装置。
2. 各アームは、走行体が走行レールの一方の側を流水の下流側に向かって順走行させられる際に流水の流れ方向に対してほぼ直角をなすように保持される一方、走行体が走行レールの他方の側を流水の上流側に向かって戻り走行させられる際に下流側に倒れるように、走行体に対して所定角度揺動可能となされていることを特徴とする、請求項１記載の流水発電装置。
3. 各受水体が上下１対の受水板よりなり、これらの受水板は、走行体が走行レールの一方の側を流水の下流側に向かって順走行させられる際に互いに離れて開いた状態となる一方、走行体が走行レールの他方の側を流水の上流側に向かって戻り走行させられる際に互いに近づいて閉じた状態となるように、一端部がアームに所定角度揺動可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の流水発電装置。
4. 上側の受水板の上端部に浮力部材が取り付けられていることを特徴とする、請求項３記載の流水発電装置。
5. 下側の受水板の下端部に錘部材が取り付けられていることを特徴とする、請求項３または４記載の流水発電装置。
6. アームの先端部に浮力部材が取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の流水発電装置。
7. 受水体は、隣り合うアームに取り付けられているものどうしがアームの長さ方向にずれるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の流水発電装置。
8. 全てのアームまたは１つ置きもしくは複数置きのアームが、直列状に連結された複数本のアーム部材よりなり、隣り合うアーム部材の端部どうしは、走行体が走行レールの一方の側を流水の下流側に向かって順走行させられる際に両アーム部材が１直線状に並ぶように保持される一方、走行体が走行レールの他方の側を流水の上流側に向かって戻り走行させられる際に先端側のアーム部材が下流側に倒れるように、所定角度相対回動可能に連結されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の流水発電装置。
9. 走行レールが上下に間隔をあけて配置された上レール体および下レール体よりなり、
   各走行体が、上下レール体の一方の側面に跨るように配置される第１側面部、上下レール体の他方の側面に跨るように配置される第２側面部、および上下レール体どうしの間隙を通して第１側面部と第２側面部を連結する連結部を備えたボディの内部に、上レール体の一方の側面および他方の側面をそれぞれ転動する少なくとも１対の上部水平ローラと、上レール体の下端面を転動する少なくとも１つの上部垂直ローラと、下レール体の一方の側面および他方の側面をそれぞれ転動する少なくとも１対の下部水平ローラと、下レール体の上端面を転動する少なくとも１つの下部垂直ローラとを組み込んでなるものであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の流水発電装置。
10. 走行体どうしの間に、走行レールに走行可能に組み付けられかつ索状体に連結された補助走行体が少なくとも１つずつ介在され、走行体および補助走行体の隣り合うものどうしが間隔保持部材によって連結されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の流水発電装置。

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