JP6260805B2 - 水流または海流タービン｛ｒｕｎ−ｏｆ−ｔｈｅ−ｒｉｖｅｒ ｏｒ ｏｃｅａｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｕｒｂｉｎｅ｝ - Google Patents

Description

本発明は、可変回転速度を定速に変換する機械式速度変換器を備え、交流電気を発電する水流または海流タービンに関し、具体的には、入力部と出力部および制御部を備えた平歯車型トランスギアアセンブリのようなＰＴＯ（ｐｏｗｅｒ ｔａｋｅ−ｏｆｆ）スイッチと制御部としてのトランスギアアセンブリによってハッチを制御して流体エネルギー（水力エネルギー）を効率的に収集するタービンに関する。

水力電気エネルギーは再生が可能なものである。図１によれば、米国において、電気エネルギーの４８％は石炭、１８％は天然ガス、２２％は原子力、１％はオイルにより生産される。石炭と天然ガスおよびオイルは炭素系の資源として燃焼生成物を減らすのに多くの費用がかかり、それを減らさなければ環境汚染をもたらし、その供給も制限的である。原子力発電は危険であり、用いられた燃料も危険である。

未来のエネルギー源としては風力、太陽熱、水力などに依存する再生エネルギー源が希望的である。フーバーダムは米国で２０世紀始めに始まったプロジェクトとして、大型水力発電タービンをより効率的でより大きい容量のタービンに取り替えている。しかし、水力発電ダムはその個数と施設が制限的であり、水上交通を邪魔する。ダムは食糧と動物を育てるための陸上資源を無くす湖を作ったりもするが、湖は釣りと船遊びなどのための水資源を提供したりもする。それにしてもダムを建設して水力発電をするための費用を節減し、川水や海流や潮流と波を利用できる装置に対する必要性は依然として残っている。

図２に示すように、動植物の廃棄物により生じられるバイオマスエネルギーは全再生エネルギーの５．８３％に達し、炭素系エネルギーと同じような問題を引き起こす。水力電気エネルギーがその次で３．９６％である。

他の再生資源は地熱、風力、太陽熱エネルギーがあり、それらは「クリーン」資源であるが、その成長が遅い。風力エネルギーだけが、エネルギー部の支援により、米国で２０年間０．５５％から２０％にまで成長すると見込まれる。

図３は、現在の風力タービン３００を示す。特許文献１に紹介された従来のタービンは、変速ロータ３０５がギアボックス３１２を回転させて変速ロータ３０５とブレードアセンブリ３０７，３０９の回転速度を高める。例えば、変速ロータ３０５の回転速度は分当たり６回転であり、ロータブレードは、高い風速ではピッチ制御システム３０７を介して変速ロータ３０５のピッチを調節して分当たり３０回程度回転し、ノイズを減らす。一般的に風速が３ｍ／ｓを超過してこそ、大型ロータブレードが回転を始める。場所と天気などに応じた発電開始速度と発電中止速度間の風の周波数（ｗｉｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の変化を測定したところ、渓谷よりは丘や山の上に風力タービンを設けた方が良いことが明らかになった。結局、十分な風速がなければ、天気条件や位置によっては風力タービン３００が全く作動しない時があることが明らかになった。

風速が高ければ、ピッチ制御システム３０７が風速を測定して変速ロータ３０５のピッチを調節してより多い風を通過させるようにし、ロータブレードもより速く回転するようにする。傾きを調節してロータが風の方向に向かうようにすることができる。風速制御システムを利用してブレードを風に平行になるようにして回転速度を発電中止速度に近くすれば、高速回転により生じられるノイズを減らすことができる。タービン３００尾部の風速計３８０によって風速を測定して制御する。タービンの尾部にピッチ／傾きの調節のために方向舵や風向計を設けることができる。水平／垂直安定器（図示せず）を設けることもできる。方向舵や風向計は変速ロータ３０５が風に向かうようにするのに役に立つ。しかし、風力タービン団地で使用できる風力エネルギーの一部のみがエネルギーとして生産されるという問題は依然として残っている。

ギアボックス３１２は、例えば、６ｒｐｍの開始速度を５０倍の３００ｒｐｍに高めて変速発電機３１４を回転させる。変速発電機３１４は主軸３０９の回転速度を可変周波数交流電流３２２に変換して可変周波数コンバーターであるＶＦＣ３２０に送るのに用いられる。この時、可変周波数交流電流３２２はＤＣ３２４と６０Ｈｚの不規則ＡＣ３２６に変換される。可変周波数から直流と固定周波数への変換は流体エネルギーを有用な電気エネルギーに変換するのに非効率的であるため、電力網３３０に出力される電気量を下げる。

ＶＦＣ３２０は変速発電機３１４で生産された可変周波数交流電流３２２をＤＣ３２４と不規則ＡＣ３２６に変換する。不規則ＡＣ３２６は定速ＡＣ３２８で電力網３３０に出力することはできるものの非効率的である。ＶＦＣ３２０は故障が多い。従来のＶＦＣ３２０を取り替える費用は＄５０，０００〜＄１００，０００程度として高いため、他のデザインが必要である。

研究によれば、故障率がギアボックス３１２は５％、風力タービン３００に用いられる電子装置は最大２６％、制御装置は１１％、センサは１０％、ＶＦＣ３２０は２６％程度である。故障になる平均期間もたった２年であり、取替え費用もコンバーターのみで＄５０，０００に達する。変速発電機３１４の故障率は４．５％程度である。結局、従来の風力タービンはこのような故障率に関する問題点を抱いている。

このような問題を解決するためには、発電機を定速回転させて一定周波数の電力を直接電力網３３０に送らなければならない。特許文献２は発電機を３段階で制御するデザインを提示し、ロータとギアアセンブリとの間にコンバーターや変圧器を連結し、同期発電機によって電力網に５０Ｈｚの電力を送る。

風力タービンの多くの問題点が水流タービンと潮流タービンにも適用される。可変周波数の入力を一定周波数の出力に変換しなければならないという問題点が同様である。一方、水の密度（質量）は空気より遥かに大きく、その速度は風速のように可変的ではない。河川水と海流は一方向に流れるのが普通である。しかし、波などは風と天気によって変わる。波は予測が可能であり、強い底引き流は発電に有用である。

図４は、ロータ４０５と軸４０９が発電機４１４を回転させる機械式ドライブ４００を用いて風力タービンを改善した例を示す。このドライブはギアボックスなしで発電機を直接駆動するため、ギアボックスの故障と効率の問題を無くした。極数が５０倍にまで増加し、ＶＦＣ３２０を用いた結果、機械式ドライブ４００の費用は増加し、修理時間は減った。変速を定速に変換する変速機が特許文献３に紹介されており、この装置は完全に機械式であるため、電子装置による故障率と信頼性および効率が改善された。現在使用中の変速機が図５に示されている。

図５において、ベルト−プーリーＣＶＴ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）は摩擦駆動方式であり、拡張性がない。トラクション駆動ＩＶＴとしてはＴｏｒｏｔｒａｋとＦａｌｌｂｒｏｏｋで生産されたものがある。Ｆａｌｌｂｒｏｏｋ装置が特許文献４に紹介されている。２００４年の非特許文献１のレポートによれば、Ｆａｌｌｂｒｏｏｋ装置は拡張性がない。特許文献５の図１０〜１１にＤＤモーション変速機が紹介されており、この装置はプーリーやベルトがないギア駆動であるという点でＴｏｒｏｔｒａｋとＦａｌｌｂｒｏｏｋの装置と区別され、拡張性を有する。

図６はＨｙｄｒｏｖｏｌｔｓで生産したタービン６００の斜視図であり、水車６１０とギアおよびベルトを用いており、ベルトのために滑りが生じることがある。１５ｋＷや１２ｋＷタービンを放水路などに用いて、流れる水においてエネルギーをキャプチャーすることができる。特許文献６に紹介された装置は水車を利用する。Ｈｙｄｒｏｖｏｌｔｓの回転ブレードは流速は制御するが、破損の危険が大きい。

図７はミシシッピ川の底に設けられたＦｒｅｅ Ｆｌｏｗ Ｐｏｗｅｒのタービン７００の斜視図であり、飛行機のエンジンと類似するが、水面下でプロペラ７１０が作動する。天然ガスの価格が低いため、このプロジェクトは経済性がない。

水力エネルギーを用いた装置は風力タービンと非常に類似すると知られている。図８は、特許文献７の図１として、河川水と潮流を利用する。回転ブレード８５０が水の流れＡによって回転する。この装置はＶｅｒｄａｎｔ Ｐｏｗｅｒから購入することができ、特許文献７に紹介されたことによれば、回転ブレードを補強し、ピッチ制御装置を追加したものである。

図９は回転リング９１０を備えた装置９００の正面図であり、Ｏｃｅａｎａ Ｅｎｅｒｇｙから購入することができる。特許文献８の図１に示されたこのタービンは回転リングの内外に水中翼が取り付けられている。

図１０のプロペラ１０１０付きの潮力発電機１０００を１２個以上配置して１０ＭＷの電力を生産できという。

図１１は特許文献９に紹介された波力発電装置であり、海水面に浮かんだ長い装置１０の複数のヒンジ区間１２Ａ〜Ｅを利用する。図１１Ｂ〜Ｃにおいて、波の方向は左側から右側に向かう。波がヒンジ区間を通過しつつ、ヒンジ区間が波の高さだけ上下に動く。波によるこのような動きを用いて発電をする。波が高いほど、動きも大きくなる。

図１２は米国の川を表示した地図であり、このような川で水力発電ができるという高い潜在力を示す。ダムの建設は多くの費用がかかる。Ｆｒｅｅ Ｆｌｏｗ Ｐｏｗｅｒがミシシッピ川における発電装置を開発したものの、このプロジェクトは２０１２年に取り消しになった。

図１３は世界の主な川を表示した世界地図であり、図１４は主な海流を表示した海洋地図である。米国の東部海岸に沿って北にガルフ・ストリーム１４０１が流れ、西部海岸に沿って南に海流１４０２が流れ、その他にペルー海流１４０３、ブラジル海流１４０４、西風海流１４０５、西オーストラリア海流１４０６、黒潮１４０７、北大西洋海流１４０８などが相当な発電可能性があるものとして知られているが、現在実際に発電に用いられているものはない。また、満潮と干潮も発電に利用される可能性がある。

図１５は水力発電所の概略図である。水力エネルギーを集める１番目の段階は、ダム１５１０を建設し、ダムに集まった水の深さに比例する圧力水頭を作ることである。集まった水が貯水槽１５０３である。ダム１５１０底の入口１５０１に入ってきた高圧水が水路１５１６を経て動力室１５０５に入り、このような動力室１５０５はダムの長さに沿って複数配置される。動力室１５０５ごとにある発電機１５１４とタービン１５１８で生じられた電力が長距離電線１５２２に送られる。タービンを通過した水は川１５２０に戻る。図１５Ｂは発電機とタービンの斜視図である。発電機１５１４は、固定子１５２５と、タービン軸１５３０によって回転するロータ１５２８とを有し、グリッド周波数の電気を生産して電力網に供給する。タービン１５１８のくぐり戸（ｗｉｃｋｅｔ ｇａｔｅ）１５３２はタービンに入る水量１５２９を制御する。くぐり戸１５３２を通過した水はロータブレード１５３４を通過した後に川１５２０の下流に流れる。

図１６は、特許文献１０の図１１〜１２に示された水流タービンに該当する構造を示す。保護リブ１６３０のような保護リブ１１１１を水車１６０８を一部覆うようにブロック１６０５に設ける。従来の保護リブ１１１１と図１６Ｄに示された保護リブ１６３０−４〜６は、水車に入る水から大型異質物をろ過し、水をガイドする役割をする。水は左側から流れてブロック１６０５の傾斜面に乗って上がり、上面を経てハッチ１６１２に入り、ハッチはスプリングやセンサによって水量と方向とバネ定数に応じて図１６Ａの完全開放位置と図１６Ｂの部分開放位置と図１６Ｃの完全閉鎖位置との間を動く。例えば、洪水の時には図１６Ｃのようにハッチ１６１２を完全に閉じる。バネ定数は水車１６０８の回転ブレードに水が入る時に水を捕まえておくためのハッチ・リップ（図示せず）の特性に合わせて選択する。

以上で説明した装置は拡張性、効率性、信頼性、発電増加の側面で改善する必要がある。

国際公開第１９９２／０１４２９８号 米国特許第７０８１６８９号 米国特許第８３８８４８１号 米国特許第８１３３１４９号 米国特許第８６４１５７０号 米国特許出願公開第２０１０／０２３７６２６号 米国特許出願公開第２００９／００４１５８４号 米国特許出願公開第２０１２／０２１１９９０号 米国特許出願公開第２０１３／０２３９５６６号 米国特許第８４８５９３３号

ＮＲＥＬ／ＴＰ−５００−３６３７１

図１６は、海流にも使用できるＤＤモーション水流タービンの基本概念を示す。川底や海底の泥や他の異物が接しないようにプラットフォーム１６４０上にタービンを設ける。具体的には、左側から入ってくる水がブロック１６０５に乗って上がり、加速加圧されてハッチ１６１２に入るようにする。ブロック１６０５に乗って上がった水は水車１６０８の回転ブレードに接触する。回転ブレードは直線型で８個が示されているが、与えられた状況に合わせて個数と形状を変えることができる。ハッチ１６１２は普通は完全に開放されているが、ハッチの左側に付いたリップ（図示せず）とスプリングやセンサやサーボモータによって水量に合わせて図１６Ｂのように一部閉じられる。リップとバネ定数は予想される水量と流速に合わせて選択される。図１６のタービン１６００を水上交通を邪魔しないように川に沿って複数設置することができる。

図１７は、特許文献３の図４Ｂ、特許文献１０の図１、および特許文献５の図３に示された平歯車型トランスギアアセンブリを示す。本発明の平歯車型トランスギアアセンブリは、図１６Ａの水車のためのＰＴＯ（ｐｏｗｅｒ ｔａｋｅ−ｏｆｆ）スイッチ機能をする。また、ウォームとウォームギアアセンブリが動力引き出しを制御したりもするが、このアセンブリは特許文献１０の図２Ａに示された平歯車型トランスギアアセンブリと共に平常時にロックされている。２個のトランスギアアセンブリを１個の軸に並んで設ける場合、第１アセンブリは時計方向の出力のためのホールディング部、第２アセンブリは反時計方向の出力のためのホールディング部として用いられる。すなわち、２個のアセンブリが両方向ＰＴＯスイッチの役割をする。

平常時に出力を管理する時計方向トランスギアアセンブリにウォームとウォームギアアセンブリを連結して両方向ＰＴＯスイッチを補強することもできる。

複数の両方向スイッチを用いて水の入力方向を制御することもできる。例えば、時計方向の回転を制御するウォームとウォームギアアセンブリを備えた両方向平歯車型トランスギアアセンブリを２セット以上用いて水車に対する水の色々な入力方向を制御する。

ハッチリップとスプリングの他にも、センサを用いて流量やロータ／発電機ｒｐｍを測定し、サーボモータを介して発電電力を測定して、水車の開閉程度を調節して水車に入る水量を調節することもできる。ハッチそのものは水車によって作動するトランスギアアセンブリによって制御され、これはトラクターのＰＴＯと同じ方式である。

一般的にウォームとウォームギアアセンブリと共に平歯車型トランスギアアセンブリはフィードバックやオーバーフローを調節して水車のｒｐｍを可能な限り一定にすることにより、周波数が一定した電気を生産する。

また、トランスギアアセンブリを複数の水車入力部のアキュムレータとして用いることもできる。ここではアキュムレータとして用いられる例を３つ挙げる。ハッチの粗い制御と水車ｒｐｍの精密制御のための装置を追加することでき、トランスギアアセンブリを用いて粗い制御と精密制御入力を１個の出力として集めることもできる。また、従来の定速発電機を粗い制御と精密制御に用いることもでき、従来のギアボックスと発電機への入力のためのアキュムレータを用いて発電機の速度を一定にすることもできる。粗い制御は水量に合わせてハッチを開閉して水車の回転速度を制御するものである。精密制御は２次制御として、ハッチの粗い制御によって既に調整された水車軸の回転速度を制御するものである。

さて、タービン用の色々なプラットフォームについて説明する。ブロックの上面から水を供給する川底面や海底面のプラットフォームの他に、浮遊プラットフォームを用いることもできる。本発明では、全ての構成要素を浮遊プラットフォーム上に設け、電力網に連結することができる。または、水の方向に並ぶように垂直壁を立てるか、橋のプラットフォームを用いてプラットフォームの両側や一側にタービンを設けることもできる。満潮から干潮に変わったり、海流の流れが急変したりする時のように水の方向が急変する時には、両側タービンが各々異なる方向の水流れに用いられる。

米国のエネルギー資源の利用率を示す表である。 米国の再生エネルギーの利用率を示す表である。 従来の風力タービンを示す図である。 ロータと軸が発電機を回転させる機械式ドライブを用いて風力タービンを改善した例を示す図である。 従来の色々な変速機の仕様を示す表である。 従来のタービンを示す図である。 従来のタービンを示す図である。 従来のタービンを示す図である。 従来のタービンを示す図である。 従来のタービンを示す図である。 従来の波力発電装置の一例を示す図である。 従来の波力発電装置の一例を示す図である。 従来の波力発電装置の一例を示す図である。 主な河川を示す米国地図である。 主な河川を示す世界地図である。 主な海流を示す世界地図である。 従来の水力発電所と発電機の断面図および斜視図である。 従来の水力発電所と発電機の断面図および斜視図である。 従来の水力発電所と発電機の断面図および斜視図である。 本発明のタービンを示す図である。 本発明のタービンを示す図である。 本発明のタービンを示す図である。 本発明のタービンを示す図である。 平歯車型トランスギアアセンブリを示す図である。 平歯車型トランスギアアセンブリを示す図である。 平歯車型トランスギアアセンブリを示す図である。 平歯車型トランスギアアセンブリを示す図である。 本発明のタービンを示す図である。 本発明のタービンを示す図である。 本発明のタービンを示す図である。 本発明のタービンの他例を示す図である。 両方向ＰＴＯスイッチを用いた例を示す図である。 ウォームギアを用いて両方向回転をさらに強化した例を示す図である。 両方向スイッチ（ＰＴＯ）が一対である実施形態の断面図である。 ハッチにリップが付いた変形例の断面図である。 センサによってハッチを制御する例の断面図である。 ハッチがハッチギアを介してトランスギアアセンブリに噛み合わされる実施形態の断面図である。 臨界値を越えないよう、低すぎないようにする水車の速度グラフである。 定格速度グラフである。 定格速度グラフである。 トランスギアアセンブリを用いてハッチを定格速度範囲に制御する例の断面図である。 トランスギアアセンブリを用いてハッチを定格速度範囲に制御する例の断面図である。 定格速度グラフである。 水車ｒｐｍを定格速度限界内で一定に維持する他の実施形態の断面図である。 平歯車型トランスギアアセンブリを用いて２個の入力を１個の出力に蓄積する実施形態の断面図である。 平歯車型トランスギアアセンブリを用いて２個の入力を１個の出力に蓄積する実施形態の断面図である。 平歯車型トランスギアアセンブリを用いて２個の入力を１個の出力に蓄積する実施形態の断面図である。 トランスギアアセンブリ対がハッチに対する粗い制御と精密制御をどのようにするかを示す他の実施形態の断面図である。 ブロックとハッチおよび水車を備えてハッチを粗い制御し、ギアボックスと定速発電機によってハッチを精密制御する水流タービンの断面図である。 ハッチが開放されたタービンの断面図である。 浮遊プラットフォームの底部に逆さまに設けられたタービンの断面図である。 垂直壁の両側にタービンを設けた例の平面図である。 垂直壁の両側にタービンを設けた例の平面図である。 ギアアセンブリと発電機が設けられたフーチングを介して川底や海底にまたは浮遊プラットフォームに固定された柱にタービンを回転可能に設けた例を示す図である。 ギアアセンブリと発電機が設けられたフーチングを介して川底や海底にまたは浮遊プラットフォームに固定された柱にタービンを回転可能に設けた例を示す図である。 ２個のタービンを互いに反対に配置していずれか一方のタービンが満潮や干潮時に潮流で作動するようにした例を示す図である。 ２個のタービンを互いに反対に配置していずれか一方のタービンが満潮や干潮時に潮流で作動するようにした例を示す図である。 トランスギアアセンブリと発電機が固定され、水車の軸と共に回転しない例を示す図である。 トランスギアアセンブリと発電機が固定され、水車の軸と共に回転しない例を示す図である。

本発明は、水路、タービン、ハッチ、トランスギアアセンブリおよび定速発電機を備えた水流タービンなどに関し、トランスギアアセンブリはハッチの粗い制御と水車ｒｐｍの精密制御をし、アキュムレータとして用いられる。本発明について図１６〜３７を参照して説明する。

図１６に示された本発明の基本的な水流／海流タービン１６００は、トランスギアアセンブリが付いた風力タービン分野でパワーコンバーターとしても知られた従来のＶＦＣ（ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を代替し、水車１６０８の速度を制御する水路の役割をするブロック１６０５の近所にハッチ１６１２が位置する。図示された装置は、泥や砂などで覆われないように川底面や海底面に十分に高く建設されたプラットフォーム１６４０上に設けられる。保護リブ１６３０は浮遊異物体から装置を保護し、水車１６０８に水をガイドする。日照りや洪水の状態に応じて河川水や海流の水量が変わりうるため、ハッチ１６１２は（左側から）水車に入る水量（流速）を制御する。ブロック１６０５に乗って水車１６０８に接近するほど流速が増加して、水車は水量と流速のために最大速度で回転する。特許文献１０の図１１Ｃと１２Ｃに示されたように、ハッチ１６１２にスプリングを連結し、リップを付けて水をさらに受けるようにすることもできる。ハッチはスプリングの張力に逆らって上昇するリップを介して流速を制御し、流速が十分に高ければ水量が充分であるため、洪水のような極限条件の時にはハッチを完全に閉じるようにし、この時にも水車は相変らず定速で回転する。一方、特許文献１０の図１１Ｂと１２Ｂには定速発電機１１１９用の可変ギア１１１８を制御するためにコントロールボックス１１２１，１２１０に水量を供給する手段１１１６，１２０６／１２０５が示されており、図１２Ｂのサーボモータ１２０６はハッチブラケット１１０８を介してハッチを制御するようにサーボモータ１１１６とウォーム１１１５の入力と水量を制御する。

図１６Ａのハッチ１６１２は例外的な状況を除いては日照りと正常な天気に備えて完全に開放された状態である。例えば、雨が多く降れば、ハッチ１６１２が水車１６０８を一部をカバーして水車１６０８の回転速度を制限する（図１６Ｂを参照）。図１６Ｃのハッチは洪水状況で完全に閉じられている。特許文献１０は入力速度が可変的な場合の定速発電機に関し、高価のダムを建設する必要がなく、水上交通に影響を与えず、ミシシッピ川のような川に沿ってタービンを複数設置して流体エネルギーを利用できるという長所を有する。この装置は完全にギアで制御されるため、拡張性と信頼性および効率が高い。このようなタービン１６００は、数ＭＷ程度の電気を生産して、太陽熱や風力発電より効率は高く、ダムより費用は少ない。

本発明の水流／海流タービンのトランスギアアセンブリが制御要素である。トランスギアアセンブリはハッチとｒｐｍを制御し、アキュムレータとＰＴＯ（ｐｏｗｅｒ ｔａｋｅ−ｏｆｆ）スイッチの役割もする。図１７Ａ〜Ｄに平歯車型トランスギアアセンブリが示されているが、図１〜１０に示された従来のトランスギアアセンブリも用いることができる。

図１７Ａ〜Ｃのトランスギアアセンブリは、第１サンギア１７０７が付いた軸１７０１と、軸を囲み、第２サンギア１７０５が付いたスリーブ１７０６とを有する。第１、第２サンギア１７０７，１７０５は、キャリアギア１７０８，１７０９、ピン１７１０−１〜４、および遊星ギア１７０３−１〜４によって互いに連結される。左側サンギア１７０７は軸１７０１に連結されるかまたは一体である。右側サンギア１７０５はスリーブ１７０６に連結されるかまたは一体である。遊星ギア１７０３−１〜４は各々のピン１７１０−１〜４を囲む。

図１８の水車アセンブリ１８００はプラットフォームに設けられるものであり、左側から水が供給される。図１８Ａの平面図の図１８Ｂによれば、内側に傾斜した保護リブ１６３０−４〜６において左側の水を集めてブロックに乗って水車１６０８に送る。ブロックと保護リブ１６３０−４〜６との間で水車１６０８の回転ブレードと接触して流速が増加する。図１８Ｃは、平歯車型トランスギア１８３０を含む動力引き出し（ＰＴＯ）スイッチを詳しく示す断面図である。ピンで結合された２個のキャリアギア１７０８，１７０９をホールディングする制御入力部、例えば、ＰＴＯ出力部のホールディング部が左側にある。水車１６０８は、軸１８２０と、この軸に連結された第１サンギアを回転させる。軸１８２０を囲むスリーブ１７０６と関連の第２サンギア１７０５によって動力が出力される。水車１６０８と軸１８２０の出力はギアボックスに供給され、ギアボックスは一定範囲に回転速度を制御して、タービンと関連の発電機を６０Ｈｚや５０Ｈｚのように所望の周波数で回転させる。図１８Ｃのトランスギアアセンブリは第１、第２キャリアギア１７０８，１７０９、第１、第２ピン１７１０−１〜２、および第１、第２遊星ギア１７０３−１〜２を有し、遊星ギア数は全４個である。図１７の遊星ギア１７０３−３〜４は図１８Ｃには見られない。

図１９は図１８の変形例であり、スリーブ１７０６に連結されたサンギアである大直径のギア１９０２を含み、スリーブはギア１９２４とウォーム１９１８の軸１９２６とウォームギア１９２２に噛み合わされる。ＰＴＯ出力部のホールディング部は依然として左側にあり、（平常時にロックされている）ＰＴＯ出力部はウォームギア軸１９２８に提供される。

図２０は他のＰＴＯスイッチ２０００の断面図であり、水車１６０８付近の第１トランスギアアセンブリ２０１０をハウジングで囲み、水車軸１８２０に第１サンギア１７０７が付いている。スリーブ１７０６と第２サンギア１７０５はキャリアギア２００２を介して第２トランスギアアセンブリ２０２０に連結される。トランスギアアセンブリ２０１０は時計方向のＰＴＯ出力部のホールディング部を有し、トランスギアアセンブリ２０２０はサンギア延長ディスク２００４を介した反時計方向のＰＴＯ出力部のホールディング部を有する。軸１９２６はＰＴＯ出力部が平常時に中立にある制御ギア２０２４に連結される。両方のトランスギアアセンブリは（平常時に中立にある）軸１９２６に連結されて水車を両方向に回転させる。このようなＰＴＯスイッチ２０００は毎日上げ潮と引き潮が交差する河口の潮力発電に設けられ、潮流方向がどちらであっても発電が可能である。このような両方向回転はウォームギアを用いてさらに強化され、それについては図２１で説明する。

図２１は第１、第２トランスギアアセンブリ２０１０，２０２０、時計方向と反時計方向のＰＴＯ出力部のホールディング部を備えた両方向スイッチ（ＰＴＯ）の断面図であり、図１９と同様にウォーム１９１８とウォームギア１９２２とを有し、制御軸１９２６に制御ギア２０２４が付いており、ウォームギア軸１９２８は普通はロックされているが、潮流によってＰＴＯが作動すれば、水車１６０８が時計方向や反時計方向に回転する。ＰＴＯ出力部はウォームギア軸１９２８が提供する。

図２２は両方向スイッチ（ＰＴＯ）が１対である実施形態２２００の断面図であり、第１トランスギアアセンブリ２２１０は時計方向のＰＴＯ出力部のホールディング部（＃１）を有し、第２トランスギアアセンブリ２２２０は反時計方向のＰＴＯ出力部のホールディング部（＃１）を有し、ウォームギアの構造は同一である。水車の軸１８２０は２対のトランスギアアセンブリを貫通し、第３、第４トランスギアアセンブリ２２３０，２２４０は第２のウォームギア装置で調節される。２番目のトランスギアアセンブリ対のトランスギアアセンブリ２２３０は時計方向のＰＴＯ出力部のホールディング部（＃２）を有し、トランスギアアセンブリ２２４０は反時計方向のＰＴＯ出力部のホールディング部（＃２）を有し、ウォームギア装置は同一である。軸１９２８−１が提供する時計方向と反時計方向のＰＴＯ出力部（＃１）は平常時にはロックされており、軸１９２８−２が提供する時計方向と反時計方向のＰＴＯ出力部（＃２）も同様である。同一な水車１６０８に複数セットのＰＴＯスイッチを設けることも可能である。全４個のトランスギアアセンブリが同一な水車軸１８２０を介して作動し、この水車内に全て収容されることができる（図３７を参照）。

図２３はハッチリップ１６１５が付いた変形例であり、水車１６０８が８個の回転ブレード１６０８−Ａ〜Ｈを有し、例えば、回転ブレード１６０８−Ａは水平にあり、回転ブレード１６０８−Ｇはブロック１６０５を越えて左側から入ってくる水を受ける準備をしており、ブロック１６０５はその傾斜のために導水路の役割をし、水はハッチリップ１６１５にぶつかって流速と水量が増加する。ハッチに連結されたスプリング２３０２の張力とバネ定数が高ければ、予想水量においてはハッチリップ１６１５が動かない。一方、流速が臨界点を超過すれば、ハッチリップ１６１５が上昇してスプリング２３０２を引っ張り、ハッチリップ１６１５が上がって流速は減少し、水車１６０８に水が接しないようにする。本実施形態は、ハッチリップ１６１５に接する流速とバネ定数によってハッチを制御する簡単な構造を示す。水車１６０８の回転ブレードが直線型であり、その個数は８個であるものを例に挙げたが、与えられた条件と適用例（例；川、潮流、海流、天気など）に応じてブレードの形状と個数を最適化することができる。

図２４は、水量、水の方向、ＲＰＭなどを検知するセンサ２４１０によってプロセッサ２４３０を作動させ、サーボモータ、電源、バッテリを含むアクチュエータ２４２０を介してハッチ１６１２を制御する例の断面図である。センサは水車１６０８に入る水の直ぐ前や後の位置においてブロック１６０５上に配置する。本実施形態では、スプリングではなく、センサによって水量や水の方向を検知して制御する。サーボモータと電源などは水流タービンの発電電力やバッテリで作動する。

図２５は、ハッチ１６１２がハッチギア２５１２を介してトランスギアアセンブリ２０１０に噛み合わされているハッチ制御の実施形態２５００の断面図である。アイドルギア２５１４がハッチギア２５１２に噛み合わされる。ハッチ１６１２はトランスギアによって制御される。ウォーム１９１８によって第２トランスギアアセンブリ２０２０は閉じられ、第１トランスギアアセンブリ２０１０は開放されており、この時、ハッチ１６１２は両方のトランスギアアセンブリ２０１０，２０２０に連結され、ウォーム１９１８のベベルギア２５２８によって制御される。ベベルギア２５２８によるＰＴＯ出力部はハッチ１６１２と同様にハッチング線で表わす。ハッチ１６１２が保護リブやｒｐｍ出力を制御することのように、トランスギアアセンブリ２０１０，２０２０が保護リブを制御することもできる。

図２６は、本発明の水車が可能な限り臨界値を越えないよう、低すぎないようにする水車の速度グラフである。グラフにおけるＹ軸は頻度（時間／年）であり、Ｘ軸は最小／日照り条件（水量が低いか無いこと）から最大／洪水条件までを示す。理想的な水量は年間で数時間程度の妥当な範囲で定格速度を維持するものである。水車ｒｐｍ１が定格ｒｐｍより低ければ、定格速度にまで上昇するようにハッチを制御しなければならない。水車ｒｐｍ２が定格ｒｐｍより高ければ、洪水状態になりうるし、この時には水が水車を迂回するようにハッチ１６１２と保護リブ１６３０を制御しなければならない。水車ｒｐｍが定格ｒｐｍより高いと、下げなければならない。水車ｒｐｍ３の最大定格速度に達するようにすることが理想的である。

図２７Ａ〜Ｂは定格速度グラフであり、図２７Ｃ〜Ｄはトランスギアアセンブリを用いてハッチ１６１２を定格速度範囲に制御する方法を示す。グラフにおいて、水車ｒｐｍが定格速度より大きくなると、水車軸１８２０を囲んだスリーブによってハッチ１６１２がアイドルギア２５１４を経てベベルギア２５２８に噛み合わされたハッチギア２５１２に結合してハッチを閉じることになる。ディスク２００４によってハッチ１６１２が減速するかまたは閉じられる。グラフにおいて、逆に定格速度が左側に動いて水量や水車ｒｐｍが定格速度より低くなると、ハッチ１６１２を開放しなければならない。この場合、キャリアギア１７０８，１７０９がハッチ１６１２を開放する。

図２８Ｂは、水車ｒｐｍを定格速度の限界内で一定に維持する他の実施形態の断面図である。トランスギアアセンブリ２０１０がハッチ１６１２を開放する間、サンギア延長ディスク２００４がハッチ１６１２を閉じておき、ｒｐｍを図２８Ａの矢印表示の定格速度範囲に維持する。

図２９は、平歯車型トランスギアアセンブリを用いて２個の入力を１個の出力に蓄積する方法を示す。ＤＤモーション平歯車型トランスギアアセンブリは２個の入力と１個の出力を有する。図２９Ａに示すように、入力＃１は軸２９０５を介したキャリアであり、入力＃２はスリーブ２９１０を介した上部サンギア２９０１であり、出力はスリーブ２９３０を介した下部サンギア２９０２である。図２９Ｂによれば、２個の入力は軸２９３０を介したキャリアとスリーブ２９１０を介した下部サンギア２９０２であり、出力はスリーブ２９３０を介した上部サンギア２９０１である。図２９Ｃによれば、２個の入力がスリーブ２９０５を介した上部サンギア２９０１とスリーブ２９１０を介した下部サンギア２９０２であり、出力は軸２９３０を介したキャリアである。このような形で、２個の入力が蓄積されて１個の出力を提供する。

図３０は、トランスギアアセンブリ（２２１０，２２２０；２２３０，２２４０）対がハッチに対する粗い制御と精密制御をどのようにするかを示す他の実施形態３０００の断面図である。２番目の対のトランスギアアセンブリ２２３０，２２４０は他のトランスギアアセンブリ２２１０，２２２０により既に粗い制御されたｒｐｍをより精密に制御する。水車１６０８の軸１８２０を介してギア３０１８が提供する粗い制御と精密制御された出力がアキュムレータに３０１０に蓄積される。スリーブ３００６と第１サンギア３０１２または入力＃１を含むアキュムレータ３０１０にアキュムレータ延長ギア３００２が連結される。センターブロック３０１４が他の入力＃２であり、サンギア３０１６に連結されたギア３０１８によって蓄積された出力が提供される。図３０は、ハッチに対する粗い制御と精密制御の二重制御をしてギアボックスと発電機に定速ｒｐｍを出力することを示す。この実施形態３０００は、壁によって粗い制御担当のＰＴＯ ＃１と精密制御担当のＰＴＯ ＃２に分離され、両方とも時計方向の回転が可能である。ＰＴＯ ＃１のホールディング部はサンギア延長ディスク２００４−１への反時計方向の地点であり、ＰＴＯ ＃２のホールディング部はサンギア延長ディスク２００４−２への反時計方向の地点である。トランスギアアセンブリ（２２１０，２２２０；２２３０，２２４０）対のような軸１８２０が他の壁を貫通してアキュムレータ３０１０に接する。

図３１は、ブロックとハッチおよび水車を備え、ハッチを粗い制御し、ギアボックスと定速発電機でハッチを精密制御する水流タービンの断面図である。水車１６０８の軸１８２０がベベルギア、ウォーム、ウォームギアからなるトランスギアアセンブリ２２１０，２２２０，２２３０，２２４０からなったハッチ制御部を貫通する。この軸１８２０のｒｐｍはトランスギアアセンブリ２２３０，２２４０によって精密制御される。この軸１８２０はアキュムレータ３０１０に連結されて２個の入力を蓄積し、このような入力はハッチ制御と精密制御された後、ギアボックス３１１０に印加される。その間、軸１８２０の回転出力はギアボックス３１１０を介して定速発電機３１２０に伝達された後、電力網３１３０や他の蓄電装置に伝達される。

図３２はハッチが開放されているタービン３２００の断面図であり、ハッチ１６１２は水量と方向に応じて完全にまたは部分的に開放される。水は（未図示の）保護リブとブロック１６０５を越えて入って水車１６０８を回転させる。このタービンは川底プラットフォーム１６４０に設けられる。

図３３は浮遊プラットフォーム３３４０の底部に逆さまに設けられたタービン３３００の断面図であり、水はブロック３３０５の下を通してハッチ１６１２が付いた水車１６０８に入る。ギアボックスと発電機は浮遊プラットフォーム３３５０のデッキに、できるだけハウジング内に設けられて乾燥状態を維持する。一方、図３７のように、トランスギアアセンブリを水車１６０８の軸の周りに配置することもできる。

図３４は垂直壁３４１０−１〜２の両側にタービンを設けた例の平面図であり、これらの垂直壁は水上交通を邪魔しない橋脚であってもよい。両側面タービンの原理は同一である。ブロック３４０５−１〜４は水車１６０８−１〜４に向かう流速を増加させる導水路の役割をする。側面ＲＯＲタービンは垂直壁が付いた水平プラットフォーム上や下に設けられる。垂直壁は運河の壁であるか、または水蒸気や他の水資源に沿って長さ方向に立てられた壁であってもよい。

図３５はギアアセンブリと発電機が設けられたフーチング３５６０を介して川底や海底にまたは浮遊プラットフォームに固定された柱にタービンを回転可能に設けた例を示し、尾翼３５５０−１〜２はＲＯＲタービンが水によって回転する時にタービンが水流方向へ向かうようにする。ハッチ１６１２は前述したように独立に制御される。ギアボックスと発電機は上部や下部（フーチング）に設けられる。流体としては空気も可能であるが、水が好ましく、潮流の場合、満潮と干潮時にどちらでもタービンを回転させる。

図３６は、２個のタービンを反対に配置していずれか一方のタービンが満潮や干潮時に潮流で作動するようにした例を示す。図３６Ａの右側方向の水はブロック３６０５−１の傾斜に乗り上がってハッチ１６１２に入って水車１６０８を回転させる。この時、ダム３６０５−２のハッチは水の方向によって閉じられている。図３６Ｂでは、水の方向が逆であるため、ダム３６０５−３のハッチ１６１２は閉じられ、ダム３６０５−４のハッチ１６１２は開放されて、水車１６０８が回転する。

図３７は、トランスギアアセンブリ３７６０と発電機３１２０が固定され、水車１６０８の軸１８２０と共に回転しない例を示す。発電機３１２０は軸１８２０によって作動するトランスギアアセンブリの付近に設けられる。トランスギアアセンブリを必ずしも水車１６０８の外部に配置する必要はない。実際にはタービンを可能な限りコンパクトにした方が良い。図３７Ａにおいて、水がブロック１６０５とプラットフォーム１６４０に乗ってハッチ１６１２に入って水車１６０８を回転させる。軸１８２０はトランスギアアセンブリ３７６０の内部にあり、発電機３１２０は軸１８２０を囲むか、またはトランスギアアセンブリに設けられる。トランスギアアセンブリ３７６０と発電機の重量の大半を軸１８２０が支持する。図３７Ｂに示すように、発電機３１２０とトランスギアアセンブリ３７６０は水車１６０８の内部で軸１８２０の周りに互いに近く配置され、軸によって作動される。ハッチ１６１２がない側のブロック１６０５の側面にアームを設け、Ｌ型ブラケットなどを用いて発電機３１２０とトランスギアアセンブリ３７６０をアームに設けることもできる。また、電線を発電機３１２０に連結して発電電力を電力網に供給することもできる。

Claims (22)

1. 水量と水の方向により決定された回転速度で水車によって出力軸が回転し、水量に比例して水車をカバーするハッチと平歯車型の第１トランスギアアセンブリを備えた水力タービンであって、
   前記第１トランスギアアセンブリが水車の出力軸に連結されるかまたは一体である第１サンギア、出力軸を囲むスリーブに連結されるかまたは一体である第２サンギア、動力引き出し出力部のホールディング部、および平常時に中立である動力引き出し出力部を含み、前記動力引き出し出力部がスリーブであり、水車の出力軸は第１トランスギアアセンブリのハウジングを出入りし、水車の出力部が動力引き出しスイッチとしての第１トランスギアアセンブリを有することを特徴とする水力タービン。
2. ウォームとウォームギアアセンブリをさらに含み、前記ウォームとウォームギアアセンブリは第１トランスギアアセンブリのスリーブに連結されるかまたは一体である大直径のサンギア延長ディスクに連結され、前記大直径のサンギア延長ディスクは制御ギアによってウォームとウォームギアアセンブリに連結されることを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
3. 第１トランスギアアセンブリのスリーブに連結されるかまたは一体である大直径のサンギア延長ディスクによって第１トランスギアアセンブリに連結された第２トランスギアアセンブリをさらに含み、第１トランスギアアセンブリは時計方向の動力引き出し出力部のホールディング部を有し、第２トランスギアアセンブリは反時計方向の動力引き出し出力部のホールディング部を有し、水車出力部は動力引き出しスイッチ（ＰＴＳ；ｐｏｗｅｒ−ｔａｋｅ ｏｆｆ ｓｗｉｔｃｈ）として第１および第２トランスギアアセンブリを有し、動力引き出し出力部は制御ギアによって第１および第２トランスギアアセンブリに連結された軸を含むことを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
4. 第１および第２トランスギアアセンブリに連結されたウォームとウォームギアアセンブリをさらに含み、前記ウォームとウォームギアアセンブリは水車の時計方向や反時計方向の回転運動を平常時にロックしておく動力引き出し出力部を含むことを特徴とする、請求項３に記載の水力タービン。
5. 第１および第２ハウジングをさらに含み、ハウジングごとに第１および第２トランスギアアセンブリとウォームおよびウォームギアアセンブリを備え、水車の出力軸に第１〜第４サンギアが連結され、水車の出力部が各々時計方向と反時計方向に回転する第１および第２出力部に区分されることを特徴とする、請求項４に記載の水力タービン。
6. 水車を覆うハッチにバイアス手段が連結され、ハッチにリップが付いており、傾斜したブロックによって水がハッチリップにガイドされ、水量に応じてハッチに連結されたバイアス手段によってハッチリップとハッチが動き、バイアス手段によって決定された量より水量が多ければハッチが動いて水車の少なくとも一部分をカバーすることを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
7. 前記バイアス手段がバネ定数を有するスプリングを含むことを特徴とする、請求項６に記載の水力タービン。
8. 前記バイアス手段が水量センサ、プロセッサ、およびプロセッサに反応してハッチを開閉するサーボモータを含むことを特徴とする、請求項６に記載の水力タービン。
9. 異質物から水車を保護し、水車に水をガイドするための保護リブが水車上に延びることを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
10. 水力タービンの傾斜したブロック上から水車に水をガイドするための第１および第２保護リブが水力タービンの入力部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
11. 水量、水車の分当たり回転数、水の方向、および発電機の分当たり回転数のうち１つを検知するセンサ、および水車や発電機の分当たり回転数と水量のうち１つを所定値と比較するかまたは異なる水の方向を決定するプロセッサをさらに含み、前記プロセッサはサーボモータや解体制御部を含むアクチュエータを作動させて水量に応じたハッチの開閉を制御し、水車や発電機の分当たり回転数が一定値を超過するかまたは水の方向が変わる時にハッチの閉鎖を制御することを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
12. トランスギアアセンブリのハウジングが水車内に入り、水車出力軸を囲むことを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
13. 浮遊プラットフォーム下に設けられ、水車の底部から水を受けることを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
14. 水車の側面から水を受け、水力タービンを設けるための垂直構造物と傾斜したブロックに対して水車が垂直に向かうことを特徴とする、請求項１に記載の水力タービン。
15. 水量と水の方向により決定された回転速度で水車によって出力軸が回転する水力タービンであって、
    水量と水の方向のうち１つに比例して水車を覆うハッチがスリーブに連結されるかまたは一体であり、且つ、制御ギアに連結され、前記スリーブは水車の出力軸を囲み、
    第１および第２トランスギアアセンブリの各々が水車の出力軸に連結されるかまたは一体であるサンギアを有し、前記制御ギアは第１および第２トランスギアアセンブリを作動させるようにウォームギアとウォームに連結されて水車出力軸の回転速度に応じてハッチの開閉を制御することを特徴とする水力タービン。
16. 前記ハッチの開閉が水車の最低および最高定格回転速度の間で制御され、トランスギアアセンブリはハッチを閉じるためのウォームとウォームギアアセンブリの制御のために水車の出力軸を囲むスリーブに連結されるかまたは一体である大直径の制御ギアと、ハッチを開放するためのウォームとウォームギアアセンブリの制御のためのキャリアギアおよびピンを有し、水車の回転速度が最低および最高定格回転速度の間に維持されることを特徴とする、請求項１５に記載の水力タービン。
17. 水車、水車によって回転する水車の軸、水車に流れる水の流量を調節するハッチを有する水力タービンであって、
    前記水車の軸はハッチにより調節された水量と水の流れの方向により決定された回転速度で水車によって回転し、
    第１の速度制御を行うトランスギアアセンブリからの第１の速度制御入力、および第２の速度制御を行うトランスギアアセンブリからの、前記第１の速度制御入力とは異なる、第２の速度制御入力のアキュムレータの役割をするトランスギアアセンブリをさらに含み、該トランスギアアセンブリはハッチ制御と第１の速度制御の蓄積された１個の回転出力をギアボックスに提供し、前記水車の軸を囲む第１スリーブと第２スリーブを有し、前記水車の軸は前記水車の軸にそれぞれ連結されるかまたは一体である第１サンギア、第２サンギアを有し、第１および第２スリーブは第１および第２キャリアギアとピンによって互いに連結されることを特徴とする水力タービン。
18. 前記水車の軸はアキュムレータに対するハッチ制御入力部であり、前記アキュムレータのセンターブロックがアキュムレータに対する第１の速度制御入力部であり、第２サンギアに連結されたギアが第１の速度制御入力および、前記第１の速度制御入力とは異なる、第２の速度制御入力の蓄積された出力部を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の水力タービン。
19. 第１および第２トランスギアアセンブリが、第１ウォームとウォームギアアセンブリに接続され、前記第１ウォーム及びウォームギアアセンブリは、水車の軸の第１サンギアに連結されたハッチ制御を行う第１ギアアセンブリを含み、
    第３および第４トランスギアアセンブリが、第２ウォームとウォームギアアセンブリに接続され、前記第２ウォーム及びウォームギアアセンブリは、水車の軸の第２サンギアに連結された第２の速度制御を行う第２ギアアセンブリを含み、
    第１ギアアセンブリはハッチ制御のためのものであり、第２ギアアセンブリは水車の軸の分当たり回転数の制御のためのものであり、
    前記第１ウォームとウォームギアアセンブリ、及び第２ウォームとウォームギアアセンブリは互いに制御軸によって連結され、第１の速度制御と第２の速度制御入力を蓄積して制御された一定回転速度をギアボックスと発電機に出力するための他のアキュムレータの役割をするトランスギアアセンブリをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の水力タービン。
20. ギアボックスが発電機と前記アキュムレータの役割をするトランスギアアセンブリとの間に連結され、第１の速度制御と第２の速度制御入力を蓄積して制御された一定回転速度を発電機に出力することを特徴とする、請求項１９に記載の水力タービン。
21. 水車、出力軸、平歯車型の第１トランスギアアセンブリを有する水力タービンであって、
    前記第１トランスギアアセンブリが水車の出力軸に連結されるかまたは一体である第１サンギア、出力軸を囲むスリーブに連結されるかまたは一体である第２サンギア、動力引き出し出力部のホールディング部、および平常時に中立である動力引き出し出力部を含み、前記動力引き出し出力部がスリーブであり、水車の出力軸は第１トランスギアアセンブリのハウジングを出入りし、水車の出力部が動力引き出しスイッチとしての第１トランスギアアセンブリを有し、
    前記水車をハッチが部分的に覆い、前記ハッチは水量と水の方向のうち１つに応じてハッチの開閉を制御するハッチ制御手段を含み、
    前記水車とハッチは尾翼を有し、垂直な柱の周りを回転するように設けられ、水車とハッチが水の方向に合わせて水車に水が入るように尾翼によって制御され、水車が前記柱の周りで色々な方向に流れる水を受けることを特徴とする水力タービン。
22. 前記ハッチは、開放されて水の流れを受ける状態から、閉じられて水車が回転しないように水の流れを妨げる状態に、位置を移動することが可能であり、
    前記ハッチにより水車の一方の側面がカバーされ、閉じられた状態において、
    水車のもう一方の側面から水が供給されて、水の流れを受け水車が回転することで発電し、
    水車が水流方向に向くように、ハッチが位置することを特徴とする、請求項２１に記載の水力タービン。