JP6186073B2 - 水車装置と該装置による発電方法 - Google Patents

Description

本発明は、川や潮汐水などの流水で使用され、完全に水中に設置されて流水の力を電気エネルギーに変換できるように設計された水車装置に関する。

流水の力からの電気エネルギーの生成は既知である。このエネルギーの生成は、特に大きな落差がある所や大きなレベル差を人工的に作り出せる所では、興味深い選択肢である。しかしながら、落差が小さい場合でも、流水は、人間に有用なエネルギーへの変換に依然として活用し得る。しかしながら、既知の用途での欠点は、それが、流水の使用者（海運業など）のみならず、魚にも障害となることが多いことである。従って、こうした障害を最小化するために追加の設備が必要となる。

米国特許出願第２００８／０２３１０５７号には、流入口と流出口を備えた水平の流路と、ブレードホイールと、を有する水車装置が開示されている。ブレードホイールの外周には、ホイールにスプリングダンパー式に取り付けられたヒンジフラップが設けられており、これらのヒンジフラップは、流れに沿って移動時には比較的大きな抵抗を有し、流れに逆らって移動時には比較的小さな抵抗を有する。例えばベルト形態の伝達手段がさらに設けられており、ブレードホイールの回転運動を発電機に伝える。

本発明の目的は、既知の装置に比べて流水の力を電気エネルギーにより効率的に変換する、導入段落で定義した水車装置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、ブレードがそれぞれ、ブレードホイールの回転軸に少なくとも実質的に並行に延在する旋回軸を中心に旋回可能な薄板を備え、旋回軸は常に、それぞれの薄板の一長辺上またはそれに隣接して位置し、該ブレードが流れに沿って移動する時は、薄板の旋回移動は制限手段によって阻止され、該ブレードが流れ方向に逆らって移動する時は、薄板は自由に旋回可能である請求項１のプリアンブルに記載の水車装置によって達成される。本明細書において「方向」が言及される場合、それは常に、流れ方向に並行の、実質的に水平の流路を備える水車装置が水路内で配置される方向を指すものとする。本発明による水車装置は、完全に水中に配置されてもよく、従って、流水（本明細書では水路とも言う）の使用者、例えばボートや水泳者などには全くあるいはほとんど妨害にならない。水車装置は、深さが川の通行に支障をきたさない程十分に深い川などの水路の底部に配置されてもよい。水車装置は、十分な落差を確保したり、あるいは通路を狭める目的で、その全幅に亘って水路を堰き止める必要がない。作動中、水は、流入口を通過して少なくとも１つの流路内に入り、少なくとも１つのブレードホイールに沿って流れる。

本発明によれば、ブレードホイールの薄板の旋回中心の物理的シャフトまたは仮想軸はそれぞれ、該薄板の長辺上またはそれに隣接して位置し、その結果、ブレードは原理的に羽根のように動いて、常に最小の抵抗を有する方向を探し求める。これは、流動媒体に配置された薄板はそれ自身、下流方向の流れ方向と並行な該旋回軸から離れる方向に向く傾向を有することを意味している。しかしながら、ブレードが流れ方向に沿って移動する場合、リミット手段によって、薄板が最小抵抗を有する方向位置を取ることは妨げられるであろう。リミット手段は、流れに沿って移動しているブレードの薄板をその流れに対して実質的に垂直に向けさせるよう設計されており、そのために、流水に大きな抵抗を与える薄板によって、少なくとも実質的に閉じられたブレードが形成される。こうして、該ブレードには、流水によって比較的大きな力がかかる。本発明による装置では、ブレードホイールの実質的全幅に亘って薄板を設けられるため、比較的高効率が達成できる。流れに沿って移動するブレードホイールは、その流れに対して比較的大きな抵抗を受け、一方、流れに逆らって移動するブレードホイールは、その流れに対して比較的小さな抵抗を受けるので、ブレードホイールは、その回転シャフト回りに回転するであろう。水の流れによってブレードに作用するブレードホイール駆動力は、ブレードホイールの一回転に亘って、ブレードが流れ方向に実質的に垂直であり流れに沿って移動時の最大から、ブレードが流れ方向に実質的に並行な時に最小を経由してさらなる最小まで変化するであろう。すなわち、ブレードが流れ方向に実質的に垂直であり流れに逆らって移動時には負の方向の駆動力となり、その後の並行方向での最小を経由して回転終了時に再び最大に変化するであろう。この流れ抵抗は、回転中の連続的に変化する位置に依存するので、ブレードホイールは回転し続けるであろう。本発明の目的はこうして達成される。

フランス特許第２５２５６９４号（以下、Ｄ２と呼ぶ）には、ブレードホイールの回転シャフトに並行に延在する薄板の中心縦軸回りにそれぞれが旋回可能な薄板を有するブレードを備えた水車装置が記載されている。中心縦軸回りに回転可能な薄板は、流れに並行に向いた時には不安定である。薄板が配置された流体の流れの小さな乱れによって、薄板は（部分的に）上方にはためく場合がある。これによって薄板は不安定になり、該ブレードが流れに逆らって移動する時は抵抗が不必要に高くなって、水車装置の効率が低下する。該ブレードが流れに沿って移動する時は、薄板も流体の流れの乱れに影響を受け易くなり、その結果、抵抗は相対的に低下する。これによっても、効率が低下する。また、流体の流れに大きな乱れがあれば、薄板が完全に上方にはためいて、回転するブレードホイールがほとんど完全に停止する場合がある。水車は、流れに影響を及ぼし好適には比較的多量の流体を水車装置内に導くハウジング内に配置されるので、流れに乱れが発生することは避けられない。

本発明による水車の少なくとも１つの流路は、好適には、作動中に内壁を通過して流れる水に対して流れ抵抗が低い内壁を備える。本発明による水車装置の効率は、流路内の水の流速が高くなるにつれて向上することは明らかであろう。

少なくとも１つの流路が、そこを通過する水を少なくとも１つのブレードホイールのブレードがその流れに沿って移動する方向に誘導するように設計されていれば、その流れは、駆動されるべき該ブレードの駆動にさらに一層活用でき、駆動されるべきでないブレードに任意の瞬間に加えられる抵抗は、その流れが該ブレードから離れる方向に部分的に誘導されるために低減される。

少なくとも２つのブレードホイールが流路内で縦に並んで設けられていれば、縦に並んで配置されたこのブレードホイールが互いに対向する方向に回転することが好ましい。水は、該流路をこのように波状に移動してもよく、これにより、流路内の水によって、該ブレードホイールでは最適な活性化効果が得られる。

本発明の好適な実施形態では、少なくとも１つのブレードホイールの回転シャフトは、少なくとも実質的に垂直に延在する。回転シャフトの代替となる方向、好ましくは流れ方向に垂直な方向（例えば水平方向）も可能であるが、垂直方向の回転シャフトを有するブレードホイールは、回転シャフトが作動中に変化するブレードの重力の影響を実質的に受けない最も好ましい方法で装着される。

薄板のそれぞれが、制限手段によって課される制限に従いながら、関連する旋回軸を中心に自由に移動可能なようにそれぞれのブレードに固定されることが好ましい。薄板はこうして、制限手段によって課される制限を除いて、常に最小の抵抗を有する方向を求めその方向に向く自由を有する。

本発明では、ブレードが、ブレードホイールの半径の少なくとも５０％の長さに亘って薄板を備えていることが好ましい。このことは、薄板が該ブレードと並行に向いている場合、ブレードによって画定されるホイール半径の長さの少なくとも５０％が該ブレードの表面領域上の薄板によって被覆されることを意味する。薄板を備えるブレードの表面領域が広いほど、ブレードホイールによって達成され得る効率は上がる。

本発明の好適な実施形態では、互いに隣接する２つの薄板の旋回軸間の距離は、前記２つの旋回軸のいずれかに付随する薄板の幅より小さい。これによって、互いに隣接する２つの薄板は並行に向いている場合に部分的に重なり、これらの薄板によって閉曲面が形成されるという配置が得られる。

ここでは、薄板の旋回シャフトが隣接する薄板に対する制限手段を形成することが好ましい。これによって、薄板の移動の自由に対する想定される制限は、簡単な方法で実現できる。

薄板の流動効率の良い形状は、該薄板の旋回軸に垂直な方向の旋回軸に対向して位置する先端の方向の旋回軸における薄板の横断面が収束するように設計されていることによって実現できる。こうした形状（例えば落差形状）では、流れ方向と並行に向いた配置における薄板を通過する流体に及ぼす抵抗は比較的低いことが分かった。

薄板の旋回軸側は、そこを通過して流れる水に対する抵抗が、該側が上流方向に面している時に最小化されるように設計されることが好ましい。この手段は、ここでは希望として考案されるように見えるが、この要求に適合するための薄板の該側の取り得る形状は、水文学の当業者には即座に明白であろう。

ブレードは、回転シャフト回りに少なくとも実質的に一定の角度間隔で配置されていることが好ましい。回転シャフト回りにブレードを一定に配置することによって、ブレードホイールの好ましい、通常は均一な回転運動が得られる。

本発明の好適な実施形態では、流路内に、少なくとも２つのブレードホイールが縦に並んで設けられる。本目的のために恐らく延長されたハウジング内への第２、および恐らくは第３およびさらなるブレードホイールの設置に要する手間は、回転シャフトの回転を電気エネルギーに変換するために設けられるブレードホイールをそれぞれが１つ備える第２、および恐らくは第３およびさらなる水車装置の設置に比べて比較的少ない。少なくとも１つの流路内の水の流速は、第１の上流側のブレードホイールによって確かに低減されるため、第２のブレードホイールの効率は、第１のブレードホイールに比べて低くなるが、多くの場合、第２、第３またはさらなるブレードホイールは、依然として有益である。

給水範囲は、少なくとも１つの流路の方向に収束する漏斗状であることが好ましい。このために、流路内の流れの比較的大部分が流路内に押し込まれるため、水車装置の効率はより高まる。

さらに、給水範囲は、水中に存在する所定のサイズ以上の物や動物の水車装置への進入を防止するように設計された保護部材を備えていることが好ましい。ブレードと流路壁間に進入し、そこで詰まり得る物および魚やその他の動物によって、水車装置の電気生成量は悪影響を受けることは明らかであろう。これらによって、水車装置が詰まったり損傷する可能性もある。こうした保護部材によって、こうしたリスクは少なくともかなりの程度まで防止される。

流れ方向に見た時に、保護部材が斜め上方に延在していれば、保護部材およびまたは動物に対する損傷のリスクが低減される比較的簡単な方法で、水車装置から離れる方向に物や動物を誘導できる。

好適な実施形態では、水車装置は、水誘導手段、上部壁および下部壁によって画定され、従って流路を囲む少なくともハウジングを備える。こうして、ハウジングによって、少なくとも流れ方向に対して横方向に見た時に、完全に閉じた水流路が提供される。また、上部壁および下部壁は、可動部を保護する役目を果たしてもよい。あるいは、上部壁およびまたは下部壁は、例えば保守作業での装置へのアクセス性を向上させるために省略されてもよい。

完全に閉じた流路を備える実施形態では、給水範囲およびまたは排水範囲は、それぞれ流入口およびまたは流出口によって画定されることが好ましい。

本発明の好適な実施形態では、２つ以上の流路がハウジング内に設けられる。水車装置の電気生成量および多くの場合効率も、これによって高められる。第２の流路にはより大きなハウジングが必要となることは事実だが、種々の回転シャフトの回転運動を電気エネルギーに変換する設備と、それの乾燥地までの輸送は、効率的な方法で行なわれる。

本発明の好適な実施形態では、流入口およびまたは少なくとも１つの流路は、例えば水路の流速が比較的高い時に、少なくとも１つのブレードホイールに大きな（大きすぎる）圧力がかかることを防ぐように設計された少なくとも１つの水門開口を備える。その場合、流入口を経由して導入された水の一部は、少なくとも１つの水門開口を通ってハウジングの外部に排出される。

水車装置は、永久磁石発電機が収容される水密空間を備えていることが好ましい。永久磁石発電機は、水なし空間で作動させなければならない。従って、ハウジングと一体化されること、あるいは少なくともその水密区画と一体化されることが望ましい。代替手段では、永久磁石発電機（ＰＭＧ）が独立のユニットとして、水車装置のハウジングからある距離に設けられる、あるいは設けなければならない。

電気エネルギー生成量を増やすために、２つ以上のブレードホイールを積み重ねて水車装置を構築してもよい。これは、モジュラー構築システムと呼ばれる。

本発明の好適な実施形態では、水車装置は可逆的であるように構築される、すなわち、水車装置は、互いに対向する２つの流れ方向で作動できる。多くの場合、これは、装置が対称中心を有するように少なくとも実質的に設計されることで、すなわち、明らかに対向する方向から見た時に、給水範囲が排水範囲と同じデザインを有し、流路に対して同じ水門を有するように実質的に設計されることで実現される。こうした水車装置は、潮汐水などのように、水が２つの対向する方向に流れ得る領域での使用に非常に適している。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様による水車装置であって、その少なくとも１つの流路が好適には完全に水中にある装置の、川や潮汐水などの流水での使用に関する。また、流路が部分的に水から出ている状態での作動も明らかに可能である。しかしながら、少なくとも１つの流路が完全に水中にある状態での作動によって、水車装置の効率は高くなる。水中で作動させる別の主要な利点は、見えない水流、すなわち所定の十分に深い水流が存在し得る所で水車装置が利用できるため、ある喫水までの船あるいはすべての船が、水車装置に妨害されずに水路を通過できることである。

少なくとも１つの流路は、流水の底部からある距離の所に位置していることが好ましい。流水の底部から少なくとも１つの流路までの垂直距離は、少なくとも５０ｃｍである。該底部から好適には少なくとも７５ｃｍの（十分な）距離に配置されているので、堆積物が水と共に流れてハウジング内に入ることや、水路底部に影響を与え得る底流が流れ内に発生するリスクが防止あるいは少なくとも低減される。

少なくとも１つの流路は、流水内で実質的に水平方向を向いていることが好ましい。流路が少なくとも実質的に水平方向であることを考慮すると、流路を通過する水は不必要に妨害されることはなく、水車装置の効率は、比較的高くなるであろう。

流路の流出口側底部への損傷を防止するためには、流れ方向に見た時に、少なくとも１つの流路の流出口が、少なくとも１つの流路に対してわずかに上方に延在していることが好ましい。これによって、水車装置後方の水路底部への損傷は、防止あるいは少なくとも低減され易くなる。

以下、本発明による水車装置の２つの好適な実施形態の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

本発明による水車装置のある実施形態の切欠平面図である。 図１ａの水車装置の切欠側面図である。 図１の水車装置のブレードホイールに沿う流れの切欠平面図である。 本発明による水車装置の代替実施形態の切欠平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線上の垂直横断面図である。 本発明による水車装置の別の代替実施形態の斜視図である。 図５の水車装置の平面図である。 図５の水車装置の平面図である。 それぞれ関連するブレードが流れに沿って、および流れに逆らって移動する状態での相互に隣接する２つの薄板を通した横断面図である。 それぞれ関連するブレードが流れに沿って、および流れに逆らって移動する状態での相互に隣接する２つの薄板を通した横断面図である。

図１ａは、本発明による水車装置１のある実施形態の切欠平面図である。水車装置１は、流入口３、流路４、および水密のＰＭＧ区画５を構成するハウジング２を備える。流入口３は、流路４に向かって収束する２つの垂直側壁６、７と、下部壁８と、上部壁（図１ａでは非図示）と、を有する。水門シリンダー１０は側壁７に設けられている。上部壁にある水門ストリップ１１の位置を図に示す。流路４は、２つの側壁１２、１３と、下部壁１４と、上部壁（図１ａでは非図示）と、によって画定される。横断面が円錐台形状の垂直に延在するプロファイル１６は、流路４の側壁１２、１３の内側に存在する。３つのブレードホイール１７ａ、１７ｂ、１７ｃは流路４内に配置され、ブレード２８のパスは、前記パスの一部から短い距離にあるプロファイル１６によって部分的に境界づけられている。ブレードホイール１７ａ〜１７ｃは、作動中、それぞれの回転シャフト１８ａ、１８ｂ、１８ｃを中心に矢印Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃに沿って回転する。水密のＰＭＧ区画５は、流入口３から流路４への遷移領域において、流入口３の側壁６の一部と、流路４の側壁１３の一部と、側壁１９と、側壁２０と、下部壁２１と、上部壁（図１ａでは非図示）と、により形成される。図１ａの参照番号２３は、ブレードホイール１７の回転運動を水密のＰＭＧ区画５内の永久磁石発電機（ＰＭＧ）に伝える既知の機械式トランスミッションを表す。流入口３は、その上流側に、魚や汚染物に対する格子２５を備える。

図１ｂは、図１ａの水車装置１の切欠側面を示す。明らかなように、水車装置１の構成要素には、図１ａと同じ参照番号を付した。ここでは、流入口３の上部壁を参照番号９で示し、流路４の上部壁を参照番号１５で示す。水車装置１は、柱２６によってベース面２７にしっかりと固定される。

図２は、ブレードホイール１７ａが存在する流路４の一部の切欠平面図である。図１ａより詳細に、ブレードホイール１７ａを示す。ブレードホイール１７ａは、作動中に流路に垂直方向に延在し、それを中心にして３つのブレード２８が回転できる回転シャフト１８ａを有する。ここでは、３つのブレード２８はそれぞれ、粗いラスターの形態の中央表面２９を有する。垂直軸３０を中心に旋回可能な薄板３１が前記ラスターに取り付けられる。

図３は、本発明による水車装置５１の代替実施形態を示す。水車装置５１は水車装置１と同等だが、２つの流路５４を有する。特に明記されない限り、図１ａと１ｂの構成要素に対応する図３の構成要素には、図１ａと１ｂの参照番号より５０大きい番号を付した。水車装置５１と水車装置１との著しい差異は、水車装置５１では、分離壁８２で分離された２つの流路５４ａ、５４ｂには、分離壁８２もそれを通過して延在する１つの流入口５３が注いでいることである。図１ａの側壁１２、１３が機能するように、分離壁８２は、２つの流路５４ａ、５４ｂに対して機能する。

最後に、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線上の垂直横断面図である。図３の構成要素に対応する図４の構成要素には、図３の構成要素と同じ参照番号を付した。流路５４ａ、５４ｂは、下部壁６４と、上部壁６５と、側壁６２、６３と、分離壁８２と、によって画定される。流路５４ａ、５４ｂ内に、２つのブレードホイール６７ａ１、６７ａ２が存在する。ブレードホイール６７ａ１および６７ａ２はそれぞれ、回転シャフト６８ａ１、６８ａ２と、ブレードと、を有する。ブレードは、中央表面を形成するラスター７９だけが図４に示されている。薄板は、回転シャフト６８ａ１、６８ａ２のクロスハッチングした側では、関連するブレードのラスターにもたれて存在する。この結果、ラスターの前に位置する薄板は可視となる。しかしながら、回転シャフトの反対側では、薄板は、ラスター７９の垂直部（薄板の旋回軸８０と一致する）の真後ろに、すなわち、可視方向に見えるようにラスター７９を延長した方向に位置するため、ラスターは薄板の前で可視となる。

図５および図６ａ、６ｂはそれぞれ、本発明による水車装置１０１のある実施形態の斜視図および平面図であり、流路１０４は、水誘導部材１０６ａ、１０６ｂおよび１０７ａ、１０７ｂそれぞれの２つの側壁１１２ａ、１１２ｂおよび１１３ａ、１１３ｂだけで画定される。以下、これについてより詳細に議論する。水車装置１０１はＰＭＧ区画も備えるが、明瞭化のために、この実施形態の図面から省略した。当業者には、ブレードホイール１１７ａ、１１７ｂをＰＭＧ発電機に接続して、ブレードホイール１１７ａ、１１７ｂの回転を電気エネルギーに変換する方法は既知である。ブレードホイール１１７ａ、１１７ｂはそれぞれ、互いに１２０°の角度で配置された３つのブレード１２８を備える。ブレード１２８はそれぞれ、上腕１２８ａと下腕１２８ｂを備えており、その間に旋回可能薄板１３１が延在している。薄板１３１は、該ブレード１２８が流れに沿って移動する時には、薄板１３１の旋回軸１３０が隣接する薄板１３１用の迫台を構成するように水車装置１０１に配置される。こうして、旋回軸１３０は、隣接する旋回可能薄板１３１の旋回移動を制限する。これは図６ａ、６ｂで見ることができ、より詳細には図７ｂで見ることができる。水車装置１０１の水誘導部材は、互いに重畳するブレードホイール１１７ａ、１１７ｂの回転軸またはシャフト１１８ａに対称中心を有する。この中心対称については詳細に言及する必要はないが、それは、２つのブレードホイール１１７ａ、１１７ｂが両側からの流れを確実に受け取れるように機能する。従って、水車装置１０１は、潮汐水内での配置に適しており、その場合、ブレードホイール１１７ａ、１１７ｂは、水の流れ方向によって、時計回り方向（図６ａの矢印Ｒ１）に、あるいは流れに逆らって（図６ｂの矢印Ｒ２）回転する。

図７ａ、７ｂはそれぞれ、旋回軸３０回りを矢印Ｚ方向に旋回可能なように薄板３１ａ、３１ｂが取り付けられたブレード２８が、矢印Ｓで示す流れ方向に逆らって移動時の、および該流れ方向に沿って移動時の状態における互いに隣接する２つの薄板３１ａ、３１ｂを示す。以下、水車装置１の作動について説明する。水車装置１を、図１ｂに示すように流入口３を上流側に向けて、柱２６で例えば河床の底部２７に固定すると、川の水は、矢印Ｓに沿って、魚および汚染物阻止格子２５と流入口３を通って水車装置１内に流入するであろう。魚および汚染物阻止格子２５はメッシュを有しており、水は実質的に妨害されることなく通過でき、また、水車装置（の作動）を全くあるいは実質的に妨害しない小さな物と小魚は通過できるが、粗い物と比較的大きな動物は格子２５によって阻止される。詰まりを防ぐために、格子２５は、図１ｂに示すように、流入口３の前にある角度で配置されているため、汚染物は格子２５から滑り落ち得る。水は、通常の流れで流入口３から流路４内に流入するであろう。しかしながら、流れが強すぎると、水は、水門ストリップ１１の水門ゲートおよび水門シリンダー１０を通って流出するであろう。この目的のために、ブレードへの水圧あるいはブレードの回転速度を、既知の方法で排水できる水門シリンダーに信号を発信するセンサによって測定してもよい。それが望ましい場合、例えば、水車装置外部の水の流速を記録する、ハウジング外部のセンサを用いてもよい。また、センサ信号に応じて機械弁を開閉させることもできる。これによって、水がブレードホイール１８ａ、１８ｂ、１８ｃに及ぼす力によって水車装置１が損傷する危険性が防止あるいは少なくとも低減される。流入口の側壁６は、プロファイル１６によって延長されているので、水は、流れ方向に見た時に、特にブレードホイール１８ａの左側に流れる。該ブレード２８の薄板３１は閉じられている、すなわち、薄板３１は、ブレード２８が閉じられ、従って、流れによって該ブレード２８に力がかかる中央の平面２９（図２参照）に少なくとも実質的に並行に延在する。上流側の薄板３１にかかる力が下流側のそれより大きい限り、薄板３１は、流れの上流側に留まるであろう。そこで、流れ方向に対して横方向に延在する薄板３１は、薄板３１に下流にあるラスターに対して促されるであろう。ブレードホイール１７ａがさらに回転方向Ｐａに回転するにつれて、薄板３１は旋回して、図２に示す他の２つのブレード２８で示した方向に向くであろう。図２から明らかなように、このブレード２８が流れ方向に逆らって移動する時は、薄板３１は該ブレード２８の下流側に存在し、従って、実質的に中央面２９に位置する対応するラスターを通る水の通過に対して、該ブレード２８を開放するであろう。少なくとも当業者には、これによって、ブレードホイール１７ａの回転運動が生じ維持されることは明らかであろう。この流れはその後、プロファイル１６と側壁１３によってブレードホイール１７ａからブレードホイール１７ｂに向けて押しやられ、上記と同じ原理によって対向する方向に向きを変える。水はその後、ブレードホイール１７ｃの方向に流れ、流出口４から流出して、水車装置１の回りを流れていた水と混合される。ハウジングの回りを流れる水の速度に対してハウジングを通過して流れる水の速度は、部分的には、流入口の上流側の表面積と流路の表面積との比によって決定される。水は、流路の断面積より大きな断面積の流入口を使用すると加速される。一方、この速度は流路内で低減される。（流路に対して）大き過ぎない流入口を考えると、流出口でベンチュリ効果が生じ、それによって流路４内の流れが加速されて、水車装置の効率はさらに高められる。ブレードホイール１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、それぞれの回転シャフト１８ａ、１８ｂ、１８ｃを中心に回転し、該シャフトの運動は、当業者に既知の方法によって、例えばギアとロッドシステムによってＰＭＧ区画５内の永久磁石発電機２４に伝達され、回転運動が電気に変換される。この電気は、ケーブル（非図示）を経由して乾燥地に輸送され、そこで活用され得る。

水車装置５１の作動は水車装置１のそれに相当するため、さらなる説明は不要である。

以下、図５および６の水車装置１０１の作動について説明する。前述の実施形態とは対照的に、流路１０４の上部壁と下部壁はないので、水車装置１０１は、上部側および下部側において少なくとも実質的に開いている。その利点は、異常およびまたはメンテナンスの場合に、ブレードホイール１１７に常に良好にアクセスできることである。水誘導部材１０６ａ、１０６ｂはそれぞれ、上流側に位置し（作動中）、水車装置１０１の作動を通常妨げる流れの一部を流路１０４の方向にそらす誘導面１０３を有する。流路１０４は、該ブレードホイール１１７のブレード１２８のトラックＢに近接する側壁１１２、１１３によって画定される。ブレード１２８のトラックと側壁１１２、１１３間の距離は、図５、６では比較的大きく示されている。該距離は実際には、該ブレード１２８を駆動することなく、ブレード１２８と側壁１１２、１１３間に流れ得る水量を制限するために最小化されてもよい。流路１０４を通過した水は、水車装置１０１から自由に出られる。水車装置１０１が実質的に対称的に配置されているために、その作動は、潮汐水でのように、流れＳの方向の反転に伴って可逆的である。このことは図６ｂに示されており、水の流れＳの方向が図６ａのそれに対向する場合のブレード１２８の薄板１３１の方向が示されている。水車装置１０１は、これに適合させたり、あるいは違ったように調整される必要はない。薄板１３１と旋回軸１３０は、その時点では実際に対向しているが、それらは、図６ａの状態における時と同じように働く。

水車装置１０１には同様に、格子などの、魚およびまたは汚染物を止める手段を設けてもよいことは明らかであろう。こうした手段はその後、魚およびまたは汚染物を水路のより高い位置に誘導するという効果を有するであろう。流路を区切る上部壁の有無は、これに対しては重要ではない。

本発明の主な態様は、関連するブレードが流れＳの方向に逆らって（部分的に）移動する時、すなわち、該ブレードの動きに水の流れ方向に対向する成分が含まれていれば、薄板は常に、水の流れによって、最小の抵抗となる方向を自動的に探し求める手段であり、一方、こうした方向は、関連するブレードが流れＳの方向に沿って（部分的に）移動する時、すなわち、該ブレードの動きに水の流れ方向に並行な成分が含まれていれば、打ち消されるか制限される。図７は、これが本発明に準拠してどのように実施され得るかを示す。図７ａは、ブレード２８が、水の流れＳの方向に対して対向する方向に移動する状態を示す。少なくともこの状態で自由に旋回可能な薄板３１ａ、３１ｂは、図７ａに示すように、自動的にこれに応じた方向に向くであろう。これは物理的に決定される。該ブレード２８がさらに移動すると、該ブレード２８が流れＳの方向と並行に向く瞬間まで、薄板は常に、旋回軸３０の後方の流れＳの方向に並行に向いているであろう。これは、旋回軸３０に対向して位置する該薄板３１ａの後縁が、隣接する薄板３１ｂに対する迫台内に入る瞬間であり、これによって、薄板３１ａのそれ以上の旋回は阻止される。この状態は、ブレードホイールの約１８０°の回転運動に亘って維持され、薄板３１ｂに対する薄板３１ａの迫台は、水の流れによって再び持ち上げられる。水車装置１０１の薄板１３１の作動は、薄板３１のそれと同様である。

薄板の移動の迫台または制限を実現する手段は種々考えられることは明らかであろう。本発明は、図７に示した手段に限定するものではないことは明白である。

本発明による水車装置に関して、２つの実施形態だけを図示し記述した。当業者に明白であるか否かに拘わらず、添付の請求項で定義される本発明の保護の範囲内で種々の変更が考えられることは明らかであろう。従って、流路内にブレードホイールを１つのみ、２つ、あるいは３つ以上設けることも可能である。また、必ずしも必要ではないが好適には異なる流路において、ハウジング内に３列、４列、あるいは５列以上のブレードホイールを収容することも可能である。必ずしも必要ではないが、流れを誘導するプロファイルが望ましく、それらの形状も代替のものであってもよい。水車装置は、川床だけではなく、潮汐水の底部、例えば潮路内に設けてもよい。潮路は比較的深く、その流れは、通常集中しており、すなわち比較的強く、実質的に常に同じ方向である。

Claims (21)

1. 流水中で使用される水車装置であって、
   作動中に上流側に位置する給水範囲と、作動中に下流側に位置する排水範囲と、を備えた少なくとも１つの実質的に水平の流路を画定する水誘導手段と、
   少なくとも２つのブレードホイールであって、それぞれが、作動中に実質的に流れ方向に垂直に向く回転シャフトと、流れ方向の運動成分で移動時は前記少なくとも１つの流路を通過する水に対して比較的高い抵抗係数を有し、流れ方向に逆らう運動成分で移動時は前記少なくとも１つの流路を通過する水に対して比較的低い抵抗係数を有するように設計された少なくとも３つのブレードと、を有する、前記流路内に前後に並んで設けられた少なくとも２つのブレードホイールと、
   前記少なくとも１つのブレードホイールの前記回転シャフトの回転運動を永久磁石発電機に伝達する伝達手段と、を備え、
   前記ブレードはそれぞれ、前記ブレードホイールの前記回転シャフトに少なくとも実質的に並行に延在する旋回軸を中心に旋回可能な薄板を備え、各薄板の前記旋回軸は、それぞれの薄板の一長辺上またはそれに隣接して位置しており、前記ブレードが流れに沿って移動する時は、前記薄板の旋回移動は制限手段によって阻止され、前記ブレードが流れ方向に逆らって移動する時は、前記薄板は自由に旋回でき、
   前後に並んで配置されたブレードホイールは、互いに対向する方向に回転し、
   前記旋回軸から前記旋回軸の反対側の先端に向かう前記薄板の断面であって、前記旋回軸に直交する前記薄板の断面は、収束するように設計されており、
   前記給水範囲は、流入口によって画定され、少なくとも１つの流路の方向に収束する漏斗状であり、
   前記流入口の側壁には水門開口が設けられており、
   当該水車装置はさらに前記ブレードへの水圧あるいは前記ブレードの回転速度を測定するためのセンサを備え、当該センサからの信号に応じて前記水門開口が開閉されることを特徴とする水車装置。
2. 前記少なくとも１つの流路は、形状が前記少なくとも１つのブレードホイールで記載された範囲に対応する内壁を備えることを特徴とする請求項１に記載の水車装置。
3. 前記少なくとも１つの流路は、そこを通過する水を、前記少なくとも１つのブレードホイールの前記ブレードが前記流れに沿って移動する方向に誘導するように設計されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水車装置。
4. 前記薄板のそれぞれは、前記制限手段によって課された制限に従いながら、前記関連する旋回軸を中心に自由に旋回可能であるように、それぞれのブレードに固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水車装置。
5. ブレードは、前記ブレードホイールの半径の少なくとも５０％の長さに亘って薄板を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水車装置。
6. ２つの相互に隣接する薄板の旋回軸間の距離は、前記２つの旋回軸のいずれかに付随する薄板の幅より小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水車装置。
7. 薄板の旋回軸は、隣接する薄板に対する制限手段を形成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の水車装置。
8. 前記ブレードは、前記回転シャフトまわりに少なくとも実質的に一定の角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の水車装置。
9. 前記給水範囲は、前記水中に存在するあるサイズ以上の物や動物の前記水車装置への進入を防止するように設計された保護部材を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の水車装置。
10. 流れ方向で見た時に、前記保護部材は斜め上方に延在していることを特徴とする請求項９に記載の水車装置。
11. 前記水誘導手段、上部壁および下部壁によって画定され、従って前記流路を囲むハウジングを少なくとも備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の水車装置。
12. 前記給水範囲と前記排水範囲はそれぞれ、流入口およびまたは流出口によって画定されることを特徴とする請求項１１に記載の水車装置。
13. ２つ以上の流路がハウジング内に設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の水車装置。
14. 永久磁石発電機が収容される水密空間を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の水車装置。
15. 積み重ねられた２つ以上のブレードホイールを備えることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の水車装置。
16. 互いに対向する２つの流れ方向で作動できることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の水車装置。
17. 前記少なくとも１つの流路が完全に水面下にある川や潮汐水などの水路での、請求項１から１６のいずれかに記載の水車装置の使用。
18. 前記少なくとも１つの流路は、前記水路の底部からある距離離れて位置することを特徴とする請求項１７に記載の水車装置の使用。
19. 前記水路の底部からの前記少なくとも１つの流路までの垂直距離は少なくとも５０ｃｍであることを特徴とする請求項１７または１８に記載の水車装置の使用。
20. 前記少なくとも１つの流路は、前記水路内で実質的に水平に向いていることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の水車装置の使用。
21. 前記少なくとも１つの流路の流出口は、わずかに上方の方向に延在していることを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載の水車装置の使用。

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