水力発電装置及び水力発電システム
【課題】既存の水路を必要としない水力発電装置を提供する。
【解決手段】液体を収容する揺動体１，２と、揺動体１，２がピッチ方向に揺動するように揺動体１，２を支持する支持部３，４と、揺動体１，２の内部に設けられ、揺動体１，２が繰り返し揺動することで揺動体１，２の長手方向ＬＤを往復流動する液体からの圧力によって回転する水車７と、水車７によって発電する発電機１０と、発電機１０により発電された一部の電力により駆動され、揺動体１，２のピッチ方向の振れ角が最大になったときに、揺動体１，２にピッチ方向への復元力を加えるモータＭと、モータＭの復元力を揺動体１，２に伝達する伝達部Ｔを備えている。
【解決手段】液体を収容する揺動体１，２と、揺動体１，２がピッチ方向に揺動するように揺動体１，２を支持する支持部３，４と、揺動体１，２の内部に設けられ、揺動体１，２が繰り返し揺動することで揺動体１，２の長手方向ＬＤを往復流動する液体からの圧力によって回転する水車７と、水車７によって発電する発電機１０と、発電機１０により発電された一部の電力により駆動され、揺動体１，２のピッチ方向の振れ角が最大になったときに、揺動体１，２にピッチ方向への復元力を加えるモータＭと、モータＭの復元力を揺動体１，２に伝達する伝達部Ｔを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置及びその水力発電装置を複数を備える水力発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水力発電は、水が落下するときのエネルギーを利用する発電方式であり、水車を水の力によって回転させることで発電を行う。この水力発電は、落差さえあれば発電が可能であり、高所にあるダム、ため池、及びタンク等から水道用水又は農業用水等を供給する水路に発電機を設置すれば発電することができるという特徴を有している。また、水力発電は、太陽光発電や風力発電に比べて単位出力あたりのコストも非常に安いという特徴を有している。更に、水力発電は、ＣＯ２や放射能廃棄物等の有害物質も排出されないという特徴を有している。すなわち、水力発電は、低コスト、かつ、クリーンな発電方式として注目を集めている。
【０００３】
このような、水力発電による発電装置として、例えば特許文献１には、幅５０ｃｍ〜３ｍ程度の農業用の水路で使用することを目的として、水車にフロートを取り付け、水に浮く構造とし、水車の下側を通過する水流により水車を回転させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、一対のフロートと、このフロート間に配置された水車とを備える水力発電システムを道路の側溝に配置し、側溝を流れる水量が比較的多い場合、一対のフロートの浮力によりこの水力発電システムを水に浮かせ、側溝を流れる水量が比較的少ない場合、重量によりこの水力発電システムを側溝の底に沈める技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−２６７３６９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、引用文献１、２はいずれも既存の水路に配置されるものであり、水路のない環境下では設置することができないという問題を有している。
【０００６】
本発明の目的は、既存の水路を必要としない全く新規な発想に基づく水力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の一局面による水力発電装置は、液体を収容する揺動体と、前記揺動体がピッチ方向に揺動するように前記揺動体を支持する支持部と、前記揺動体の内部に設けられ、前記揺動体が繰り返し揺動することで前記揺動体の長手方向を往復流動する液体からの圧力によって回転する水車と、前記水車によって発電する発電機と、前記発電機により発電された一部の電力により駆動され、前記揺動体のピッチ方向の振れ角が最大となったときに、前記揺動体に前記ピッチ方向への復元力を加えるモータと、前記モータの復元力を前記揺動体に伝達する伝達部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、揺動体は内部に液体が収容され、支持部によってピッチ方向に揺動可能に軸支されている。したがって、この揺動体に何らかの外力が加えられると、この揺動体は、ピッチ方向に揺動する。ここで、揺動体は、振れ角が最大になったときに、本水力発電装置により発電された一部の電力によって駆動されるモータからの復元力を受けるため、揺動時間の長時間化が図られている。これにより、揺動体に収容された液体が揺動体の長手方向を往復流動する結果、この液体により水車が回転し、発電機を発電させることができる。したがって、既存の水路を必要とすることのない水力発電装置を提供することができる。
【０００９】
（２）前記揺動体は、第１及び第２の揺動体を備え、前記第１の揺動体は、前記支持部により軸支される第１の揺動軸と、前記第１の揺動軸に設けられた第１のギアとを備え、前記第２の揺動体は、前記支持部により軸支される第２の揺動軸と、前記第２の揺動軸に設けられ、前記第１のギアに噛合された第２のギアとを備えることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１の揺動体には支持部に軸支される第１の揺動軸が設けられ、第２の揺動体には支持部により軸支される第２の揺動軸が設けられ、第１の揺動軸には第１のギアが設けられ、第２の揺動軸には第１のギアに噛合される第２のギアが設けられている。
【００１１】
したがって、第１及び第２の揺動体は、それぞれ反対のピッチ方向に揺動するため、一方の揺動体は、振れ角が増大するにつれて、他方の揺動体から漸次増大する復元力を受け、やがて停止して逆方向への揺動を開始する。すなわち、第１及び第２の揺動体は、相互に復元力を及ぼし合い、揺動するように構成されている。このように、２つの揺動体を用いることで、揺動体の全長を長くしなくても、揺動が持続され易い揺動体を構成することができる。
【００１２】
（３）前記第１のギアと前記第２のギアとは歯数が異なることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１及び第２のギアは歯数が異なるため、第１の揺動体の最大の揺れ角と第２の揺動体の最大の揺れ角とが異なる値となる結果、第１の揺動体内の液体の流速と第２の揺動体内の液体の流速とを異なる値にすることができる。そのため、一方の揺動体の傾斜を大きくして、この揺動体から大きな電力を得ることが可能となり、他方の揺動体の傾斜を小さくして、一方の揺動体の振れ角が過大になることを防止して、揺動が持続され易い揺動体を構成することができる。
【００１４】
（４）前記第１及び第２の揺動体は、前記長手方向に直交し、下側に向けて延設されたバランサーをそれぞれ備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第１及び第２の揺動体は、それぞれ、バランサーを備えているため、バランサーの重さを調節することで、第１及び第２の揺動体の最大の振れ角を調節することができる。
【００１６】
（５）前記揺動体は、第１及び第２の仕切り板により前、中央、後の３つの空間に仕切られ、前記第１の仕切り板は、前記前の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、前記第２の仕切り板は、前記後の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、前記水車は、前記前の空間と前記後の空間との間に設けられていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第１及び第２の仕切り板は中央の空間に向かうにつれて、左及び右の空間の長手方向視の断面が小さくなるような楔形状を有し、かつ、頂部に液体の流通口が形成されているため、左の空間から中央の空間に流れる液体の流速を速くすることができると共に、右の空間から中央の空間に流れる液体の流速を速くすることができる。そのため、中央の空間に設けられた水車の回転速度を高くすることができ、より大きな電力を発電することができる。
【００１８】
（６）前記前の空間と前記中央の空間との間、及び前記後の空間と前記中央の空間との間にそれぞれ設けられ、前記流通口を流れる液体の流量を調節するための流量調節部を更に備えることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、流通口を流れる液体の流量が調節されるため、揺動体が傾斜したときに流通口から液体が一挙に流れることを防止することができ、液体が一挙に流れることにより発生する液体の対流を防止し、対流による水車の回転速度の低下を防止することができる。また、液体が一挙に流れることが防止されるため、水車の回転に作用しない液体の割合を低くすることができる。
【００２０】
（７）前記流量調節部は、前記長手方向の両端に開口部が設けられた管状の筐体と、前記筐体の内部において、前記揺動体の振れ角が増大するにつれて、前記中央の空間側の開口部に近づくようにスライド可能に設けられた障壁部とを備えることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、揺動体の振れ角が増大するにつれて、障壁部が流通口に向けてスライドしていくため、この障壁部が流通口に向けて流れる液体の障壁として作用し、流通口から液体が一挙に流れることを防止することができる。
【００２２】
（８）前記水車は、複数設けられていることが好ましい
この構成によれば、水車が複数設けられているため、水車の回転に作用する液体の割合を高くすることができ、発電効率を高め、より多くの電力を発電することができる。
【００２３】
（９）本発明の更に別の一局面による水力発電システムは、請求項１〜８のいずれかに記載された複数の水力発電装置と、各水力発電装置により発電された電力を貯蔵するバッテリーとを備え、各水力発電装置のモータは、前記バッテリーからの電力により駆動されることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、各水力発電装置間で発電された電力を相互に用いて、各水力発電装置を構成する揺動体の揺動を持続させることができる。また、複数の水力発電装置を備えているため、発電量を増大させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、揺動体に収容された液体が揺動体の長手方向を往復流動する結果、この液体により水車が回転し、発電機を発電させることができる。したがって、既存の水路を必要とすることのない水力発電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１による水力発電装置について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１による水力発電装置の前面からの外観構成図を示している。図２は、図１に示す水力発電装置の側面からの外観構成図を示している。図３は、図１に示す水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。なお、図１〜図３に示す左及び右方向は前方向から水力発電装置を見た場合を示している。
【００２７】
図１〜図３に示すように水力発電装置は、液体を収容する揺動体１，２と、揺動体１，２がピッチ方向に揺動するように揺動体１，２を支持する支持部３，４と、揺動体１，２の内部に設けられ、揺動体１，２が繰り返し揺動することで揺動体１，２の長手方向ＬＤを往復流動する液体からの圧力によって回転する水車７（図３参照）と、水車７によって発電する発電機１０と、発電機１０により発電された一部の電力により駆動され、揺動体１，２のピッチ方向の振れ角が最大になったときに、揺動体１，２にピッチ方向への復元力を加えるモータＭと、モータＭの復元力を揺動体１，２に伝達する伝達部Ｔを備えている。
【００２８】
揺動体１は、内部に液体を収容するタンク部１１と、支持部３により軸支される揺動軸１４と、揺動軸１４に設けられたギア１５とを備えている。また、揺動体１は、タンク部１１の下側に設けられ、タンク部１１を支える受け部１２と、受け部１２を支える支持板１３とを備えている。
【００２９】
タンク部１１は、例えば四角柱状の部材により構成されている。タンク部１１の上面には、内部に液体を注入するための円柱状の注入口ＴＮ（図略、タンク部２１にて図示）が設けられている。液体としては、例えば水を採用することができる。
【００３０】
受け部１２は、前面視がＶ字状の平板の部材から構成され、上面側にタンク部１１が載置され、下面側の頂部が支持板１３に固着されている。ここで、受け部１２は、タンク部１１の長手方向ＬＤのほぼ中央の位置を支持している。これにより、タンク部１１はバランス良く揺動されることになる。
【００３１】
支持板１３は、揺動軸１４に固着されている。ここで、タンク部１１及び受け部１２は例えば溶接により固着され、受け部１２及び支持板１３は例えば溶接により固着され、支持板１３及び揺動軸１４は例えば溶接により固着されている。これにより、タンク部１１の下面側に揺動軸１４を強固に取り付けることが可能となる。
【００３２】
揺動軸１４は、長手方向がタンク部１１の長手方向ＬＤに直交するように支持板１３に取り付けられている。揺動軸１４は、左右方向からタンク部１１を挟むように設けられた左右一対の軸受３１，３１によって回転可能に支持されている。揺動軸１４の中心側の一端には、ギア１５が取り付けられている。
【００３３】
支持部３は、例えばタンク部１１を左右から挟むように設けられた左右一対の支持柱３２，３２と、支持柱３２，３２のそれぞれの上部に取り付けられた軸受３１，３１とを備えている。支持柱３２は、上下方向を長手方向とする柱状の部材により構成されている。支持柱３２の上方には、軸受３１を取り付けるための平板状の取り付け面３２１が形成されている。軸受３１は、例えばボルトとナットとにより、取り付け面３２１にネジ止めされている。
【００３４】
支持柱３２の下方には、底辺を長辺とする２等辺三角形状の枠体３３が取り付けられている。この枠体３３により水力発電装置を地面に対して安定して設置させることができる。
【００３５】
揺動体２は、揺動体１と同様に、タンク部２１、受け部２２、支持板２３（図略）、及び揺動軸２４を備えている。揺動軸２４は、揺動軸１４と同様、左右一対の軸受４１，４１により左右一対の支持柱４２，４２に回転可能に取り付けられている。これにより、タンク部２１は、タンク部１１と同様、ピッチ方向に揺動する。
【００３６】
揺動軸２４の左端には、ギア２５が取り付けられている。ギア２５は軸芯がギア１５の軸芯よりも上側に位置しており、ギア１５と噛み合っている。そのため、揺動体１と揺動体２とは、それぞれ反対のピッチ方向に揺動する。
【００３７】
また、ギア２５と、ギア１５とのギア比は例えば、１：２である。そのため、タンク部１１がピッチ方向にある角度θ回転したとすると、タンク部２１は、反対のピッチ方向に２θ回転する。なお、ギア２５、ギア１５のギア比は一例であり、用途に応じて適宜変更してもよい。
【００３８】
中央側の支持柱３２，４２には、ギア１５の近傍に設けられ、左右方向を長手方向とし、支持柱３２，４２を繋ぐブリッジＢｒが取り付けられている。これにより、ギア２５とギア１５とは安定して噛み合うことができる。
【００３９】
揺動体１，２は、長手方向ＬＤに直交し、下側に向けて延設されたバランサー５，６をそれぞれ備えている。バランサー５は、例えば４本のバランサー柱５２と、４本のバランサー柱５２の下側に取り付けられた籠部５１とを備えている。前面視において、バランサー柱５２，５２は、タンク部１１を左右方向から挟むように、かつ、長手方向がタンク部１１の長手方向ＬＤに直交するように、タンク部１１に取り付けられている。また、側面視において、バランサー柱５２，５２は、前後方向から揺動軸１４を挟むように、かつ、長手方向がタンク部１１の長手方向ＬＤと直交するようにタンク部１１に取り付けられている。ここで、各バランサー柱５２は、例えば溶接によりタンク部１１に固着されている。
【００４０】
籠部５１は、４本のバランサー柱５２の下方において、４本のバランサー柱５２を取り囲むように取り付けられた例えば４枚の籠板と、４本のバランサー柱５１の下端に底面として取り付けられた１枚の籠板とにより構成されている。
【００４１】
このように、バランサー５は、籠部５１が設けられているため、籠部５１内におもりを出し入れすることが可能となり、これによりバランサー５の重みを所望の重さに調節することができる。そして、バランサー５の重さを調節することで、揺動体１の最大の振れ角を調節することができる。
【００４２】
タンク部２１には、タンク部１１と同様、バランサー６が取り付けられている。図２に示すように、バランサー柱６２の全長は、バランサー柱５２の全長よりも長い。そのため、揺動体２の最大の振れ角は揺動体１の最大の振れ角よりも大きくなるようにされている。
【００４３】
図３に示すように、モータＭは、各水車７に接続された発電機１０（図４参照）により発電された一部の電力により駆動する。伝達部Ｔは、バランサー５，６の下面に取り付けられた突起Ｐ１，Ｐ２と、突起Ｐ１及びモータＭの回転軸Ｐ３に接続されたチェーンＣ１と、突起Ｐ２及び回転軸Ｐ３間に接続されたチェーンＣ２とを備えている。
【００４４】
水平線ＳＬを基準とし、反時計回りの角度を正とし、タンク部２１の振れ角をθで表すと、タンク部２１は、θ＝＋６０度からθ＝−６０度までの１２０度の範囲内で揺動する。すなわち、タンク部２１は、前方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大６０度傾斜し、また、後方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大６０度傾斜する。
【００４５】
したがって、θ＝０度のとき突起Ｐ２と回転軸Ｐ３とは最も近づき、θ＝＋６０度及び−６０度のとき突起Ｐ２と回転軸Ｐ３とは最も離れる。チェーンＣ２は突起Ｐ２と回転軸Ｐ３とが最も離れた距離程度の長さを有している。よって、θ＝＋６０度及び−６０度のとき、モータＭが駆動することで、突起Ｐ２が回転軸Ｐ３に戻るようにタンク部２１にチェーンＣ２を介して復元力を加えることが可能となり、タンク部２１の揺動を持続させることができる。
【００４６】
また、同様に、タンク部１１の振れ角をθで表すと、タンク部１１は、θ＝＋３０度からθ＝−３０度までの６０度の範囲内で揺動する。すなわち、タンク部１１は、前方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大３０度傾斜し、また、後方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大３０度傾斜する。
【００４７】
したがって、θ＝０度のとき突起Ｐ１と回転軸Ｐ３とは最も近づき、θ＝＋３０度及び−３０度のとき突起Ｐ１と回転軸Ｐ３とは最も離れる。チェーンＣ１は突起Ｐ１と回転軸Ｐ３とが最も離れた距離程度の長さを有している。よって、θ＝＋３０度及び−３０度のとき、モータＭが駆動することで、突起Ｐ１が回転軸Ｐ３に戻るようにタンク部１１にチェーンＣ１を介して復元力を加えることが可能となり、タンク部１１の揺動を持続させることができる。
【００４８】
なお、タンク部１１とタンク部２１とは、ギア１５及びギア２５を介して接続されている。そのため、タンク部２１がθ＝＋６０度になったときタンク部２１はθ＝−３０度になる。また、タンク部２１がθ＝−６０度になったときタンク部２１はθ＝＋３０度になる。よって、タンク部１１とタンク部２１との周期は同一になる。
【００４９】
ここで、モータＭには、モータ制御部ＭＣ（図４参照）が接続されている。このモータ制御部ＭＣは、タンク部１１，２１の予め定められた周期に基づいて、タンク部１１，２１がθ＝−３０度，＋６０度になるタイミングと、θ＝＋３０度，−６０度になるまでのタイミングとを例えばカウンタ等により定め、両タイミングにおいて、所定時間モータＭを駆動させる。この所定時間としては、タンク部２１の周期よりも遙かに短い時間を採用することができる。
【００５０】
なお、タンク部１１，２１の振れ角を検出するためのロータリーエンコーダや、加速度センサ等の角度検出手段をタンク部１１，２１に取り付け、モータ制御部ＭＣは、角度検出手段により検出される検出角度にしたがって、タンク部１１，２１がθ＝−３０度，＋６０度及びθ＝＋３０度，−６０度になるタイミングを検出し、このタイミングにおいて所定時間、モータＭを駆動するようにしてもよい。
【００５１】
図３に示すように、タンク部２１は、内部に、水車ユニット９、仕切り板８１、水車７が設けられている。仕切り板８１，８２は、長手方向ＬＤの中央部を中心に前後対称となるように、揺動体２１の内部を前、中央、後の３つの空間（前空間ＦＳ、中央空間ＣＳ、後空間ＢＳ）に仕切る。
【００５２】
仕切り板８２は、前空間ＦＳの長手方向ＬＤ視の断面積が中央空間ＣＳに向けて小さくなり、かつ、下部の左右中央部が頂部となるような楔形状を有し、頂部に液体の流通口８２１が形成されている。
【００５３】
仕切り板８１は、後空間ＢＳの長手方向ＬＤ視の断面積が中央空間ＣＳに向けて小さくなり、かつ、下部の左右中央部が頂部となるような楔形状を有し、頂部に液体の流通口８１１が形成されている。
【００５４】
水車ユニット９と流通口８２１とは流路９２を介して連通され、水車ユニット９と流通口８１１とは流路９１を介して連通されている。ここで、流路９１は、流通口８１１から水車ユニット９に向けて伸び、仕切り板８１と一体形成され、端部にフランジが設けられた例えば断面四角形状の部材と、水車ユニット９から流通口８１１に向けて伸び、水車ユニット９と一対形成され、端部にフランジが設けられた例えば断面四角形状の部材とにより構成されている。そして、流路９１は、両部材のフランジ部同士が接続されることで構成されている。また、流路９２も流路９１と同様に構成されている。
【００５５】
水車ユニット９は、前面の下部中央に流通口９４が形成され、後面の下部中央に流通口９３が形成されている。そして、流通口９４には流路９２が形成され、流通口９３には流路９１が形成されている。
【００５６】
これにより、前空間ＦＳ内の液体は、仕切り板８２によって流速が高められて、流路９２を介して水車ユニット９の内部に侵入して、内部に設けられた水車７（図７参照）を回転させた後、流路９１を介して後空間ＢＳへと侵入する。
【００５７】
また、後空間ＢＳ内の液体は、仕切り板８１によって流速が高められて、流路９１を介して水車ユニット９の内部に侵入して、内部に設けられた水車７（図７参照）を回転させた後、流路９２を介して前空間ＦＳへと侵入する。
【００５８】
前空間ＦＳ内には、前方に２列に設けられた水車７２，７２と中央側に設けられた１個の水車７１との合計３個の水車７が設けられている。なお、水車７１，７２を総称するときは７の番号を付して表す。また、水車７の個数は、３個に限定されず、１、２個、４以上であってもよい。
【００５９】
後空間ＢＳにも、前空間と同様に３個の水車７１，７２，７２が設けられている。ここで、水車７１，７２，７２は、前空間ＦＳと後空間ＢＳとにおいて、前後対称になるように設けられている。これにより、タンク部２１をバランス良く揺動させることができる。
【００６０】
水車７は、回転軸７０１がタンク部２１の長手方向ＬＤと直交するように、タンク部２１の内部に取り付けられている。タンク部２１の上面には、各水車７と対向する位置に軸受２０１が形成され、タンク部２１の下面には、各水車７と対向する位置に軸受２０１が形成されており、各水車７の回転軸７０１は対向する軸受２０１によって回転可能に軸支されている。
【００６１】
図４（ａ）はタンク部１１の上面図を示し、図４（ｂ）はタンク部１１の側面図を示し、図４（ｃ）はタンク部１１の正面図を示している。図４（ｂ）に示すように、タンク部１１の各水車７の回転軸７０１には、発電機１０が接続されている。ここで、発電機１０は、例えばタンク部１１の上面の外側に取り付けられ、水車が回転すると電磁誘導により電力を発生する。
【００６２】
バッテリーＢＡＴは、発電機１０により発電された電力を蓄電する。モータＭは、バッテリーＢＡＴにより蓄電された電力の一部を受けて、駆動する。なお、タンク部２１の構成は、図４（ａ）に示すタンク部１１と同一構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００６３】
図５は、タンク部１１，２１に液体ＬＱが収容された状態を示した図である。なお、図５において、バランサー５、水車７、及び発電機１０は図示が省略されている。図５に示すように、タンク部１１，２１には、それぞれ、液体ＬＱが収容されている。図５においては、タンク部２１は、前方の端部が下方に向けて６０度傾斜している。また、タンク部１１は、後方の端部が下方に向けて３０度傾斜している。この状態において、タンク部２１内の液体ＬＱは全て、前空間ＦＳに移動している。また、タンク部１１の液体ＬＱは全て、後空間ＢＳに移動している。このように、タンク部１１，２１のそれぞれに収容される液体ＬＱの体積としては、タンク部１１，２１の前空間ＦＳ又は後空間ＢＳよりも多少少ない程度が好ましい。
【００６４】
図６は、図１に示すギア２５とギア１５とを拡大して示した図である。図６に示すように、ギア２５とギア１５とが噛み合っており、ギア２５とギア１５とのギア比が１：２にされており、ギア２５の直径が、ギア１５の直径よりも小さくされていることが分かる。また、ギア２５には、揺動軸２４が接続され、この揺動軸２４が支持柱４２の上端に設けられた軸受４１を貫通しており、軸受４１により回転可能に支持されていることが分かる。
【００６５】
また、ギア１５には、揺動軸１４が接続され、この揺動軸１４が支持柱３２の上端に設けられた軸受３１を貫通しており、軸受３１により回転可能に支持されていることが分かる。
【００６６】
図７は、図３に示す水車ユニット９を拡大して示した図である。図７（ａ）は側面図であり、図７（ｂ）は正面図であり、図７（ｃ）は上面図を示している。図７（ａ）〜（ｃ）に示すように水車ユニット９は、水車７３と、水車７３の全域を覆う筐体９Ｃとを備えている。図８は、図７に示す水車７３（７）の外観図を示している。水車７は、対向する２枚の円板７０３，７０３と、２枚の円板７０３，７０３の間に設けられた複数の羽根７０２とを備えている。
【００６７】
円板７０３，７０３の中心Ｏ１には孔が形成され、回転軸７０１はこの孔を貫通するように取り付けられている。羽根７０２は短冊状の部材により構成され、外側の一辺Ｈ１が円板７０３，７０３の外周Ｈ２と連なるように設けられている。また、羽根７０２は、隣接する２枚の羽根７０２により１組の羽根ユニットが構成され、この１組の羽根ユニットが中心Ｏ１を中心として放射状に等間隔で配列されている。
【００６８】
図７（ａ）に戻り、筐体９Ｃの下部の両端は、図１に示す流路９１，９２を構成する。流路９１，９２の端部にはフランジ９Ｆ，９Ｆが形成されている。このフランジ９Ｆ，９Ｆは、仕切り板８１，８２側に取り付けられ、前空間ＦＳ又は後空間ＢＳからの液体ＬＱが筐体９Ｃ内部に侵入する。
【００６９】
筐体９Ｃには、流路９１，９２の上部と連なるように天井板９Ｃ１が設けられている。筐体９Ｃの上面９Ｃ３、及び天井板９Ｃ１には、それぞれ中央部にベアリング７３２及び軸受７３４が設けられている。また、筐体９Ｃの底面９Ｃ２の中央部には、軸受７３４が設けられている。回転軸７０１は、下端が底面９Ｃ２に設けられた軸受７３４により軸支されている。また、回転軸７０１は、天井板９Ｃ１に設けられたベアリング７３２及び軸受７３４と、上面９Ｃ３に設けられたベアリング７３２及び軸受７３４とを貫通している。また、回転軸７０１の上端は発電機１０に侵入している。なお、実際には、回転軸７０１は、タンク部１１又はタンク部２１の上壁を介して発電機１０に侵入しているが、図７では図示を省略している。
【００７０】
したがって、流路９２から流路９１又は流路９１から流路９２に向けて液体ＬＱが侵入すると、水車７３は、この液体ＬＱによる水圧によって回転し、この水車７３の回転に伴って回転軸７０１が回転し、発電機１０が発電することになる。
【００７１】
次に、主に図３を用いて本水力発電装置の動作について説明する。初期状態において、タンク部１１，２１は長手方向ＬＤが水平方向を向いて静止しているものとする。まず、タンク部１１とタンク部２１とに外力が加えられると、タンク部１１，２１は揺動を開始する。
【００７２】
ここで、外力としては、バッテリーＢＡＴにより蓄電された一部の電力、又は更に別の電力供給手段の電力により駆動されるモータＭの回転力を採用すればよい。或いは、人間が直接、タンク部１１，２１を押すことでタンク部１１，２１に外力を加えても良い。この場合、人間がタンク部１１，２１を引っ張りやすくするために、タンク部１１，２１に紐等を取り付ければよい。
【００７３】
ここでは、まず、タンク部２１が反時計回りに揺動を開始し、タンク部１１が時計回りに揺動を開始したものとする。タンク部２１の振れ角が増大するにつれて、液体ＬＱは後空間ＢＳから流路９１，９２を介して前空間ＦＳへと侵入する。これにより、水車ユニット９内の水車７３が回転され、水車７３に接続された発電機１０が発電する。また、タンク部２１の前空間ＦＳに侵入した液体ＬＱは、前空間ＦＳに設けられた水車７１，７２を回転させる。これにより、水車７１，７２に接続された発電機１０も発電する。
【００７４】
一方、タンク部１１では、液体ＬＱは前空間ＦＳから流路９２，９１を介して後空間ＢＳへと侵入する。これにより、水車ユニット９内の水車７３が回転され、水車７３に接続された発電機１０が発電する。タンク部１１の後空間ＢＳに侵入した液体ＬＱは、後空間ＢＳに設けられた水車７１，７２を回転させる。これにより、水車７１，７２に接続された発電機１０も発電する。
【００７５】
タンク部２１は、最大の振れ角であるθ＝＋６０になると、バランサー６及びタンク部１１と重さが釣り合い、停止する。同様に、タンク部１１も、最大の振れ角であるθ＝−３０度になると、バランサー５及びタンク部２１と重さが釣り合い、停止する。
【００７６】
このとき、モータＭが所定時間駆動し、モータＭの駆動力がチェーンＣ２及びバランサー６を介してタンク部２１に復元力となって伝わると共に、モータＭの駆動力がチェーンＣ１及びバランサー５を介してタンク部１１に復元力となって伝わる。これにより、タンク部２１が時計回りに揺動を開始し、タンク部１１が反時計回りに揺動を開始する。
【００７７】
やがて、タンク部２１は、長手方向ＬＤが水平方向となり、その後、後方の端部が下方に向けて傾斜していく。また、タンク部１１は、長手方向ＬＤが水平方向になった後、前方の端部が下方に向けて傾斜していく。
【００７８】
これにより、タンク部２１の液体ＬＱは、前空間ＦＳから流路９２，９１を介して後空間ＢＳへと侵入する。また、タンク部１１の液体ＬＱは、後空間ＢＳから流路９１，９２を介して前空間ＦＳへと侵入する。
【００７９】
そして、タンク部１１，２１の水車ユニット９内の水車７３が回転し、この水車７３に接続された発電機１０が発電する。
【００８０】
タンク部２１は、振れ角が最大の振れ角であるθ＝−６０度になると、バランサー６及びタンク部１１と重さが釣り合い、停止する。また、タンク部１１は、振れ角が最大の振れ角であるθ＝＋３０度になると、バランサー５及びタンク部２１と重さが釣り合い、停止する。
【００８１】
このとき、モータＭが所定時間駆動し、タンク部２１が反時計回りに揺動を開始し、タンク部１１が時計回りに揺動を開始する。上記のようにしてタンク部１１、１２は繰り返し揺動する。これにより、水車７が回転し、発電機１０が発電する。
【００８２】
以上説明したように、本水力発電装置によれば、揺動体１，２に収容された液体ＬＱが揺動体１，２の長手方向ＬＤを往復流動する結果、この液体ＬＱにより水車７が回転し、発電機１０を発電させることができる。したがって、既存の水路を必要とすることのない水力発電装置を提供することができる。
【００８３】
（実施の形態２）
実施の形態２による水力発電装置は、実施の形態１の水力発電装置に対し、流路９１，９２を流れる液体ＬＱの流量を調節するための流量調節部を設けたことを特徴とする。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一のものは説明を省略する。
【００８４】
図９は、本実施の形態における水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。図１０は、タンク部１１の内部構成を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図を示している。なお、タンク部２１もタンク部１１と同一構成であり、図１０で表すことができる。
【００８５】
図１０に示すように、本実施の形態では、仕切り板８１と流路９１との間に流量調整部１００が設けられると共に、仕切り板８２と流路９２との間に流量調整部１００が設けられている。
【００８６】
水車ユニット９の両端からは流路９１，９２が延設されている。実施の形態１では、水車ユニット９は中央空間ＣＳの内部に設けられていたが、本実施の形態では、水車ユニット９及び流路９１，９２が中央空間ＣＳを構成する。また、本実施の形態では、前空間ＦＳ及び後空間ＢＳにはそれぞれ２個の水車７が設けられているものとする。
【００８７】
図１１は、流量調整部１００の詳細な構成を示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は開口部１００Ｃ１からの正面図、（ｃ）は上面図を示している。なお、図１１に示す流量調整部１００は、図１０のタンク部１１の後空間ＢＳ側の流量調整部１００を示している。タンク部１１の前空間ＦＳ側の流量調整部１００は、後空間ＢＳ側の流量調整部１００と同一構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００８８】
図１１に示すように、流量調整部１００は、長手方向ＬＤの両端に開口部１００Ｃ１，１００Ｃ２が設けられた管状の筐体１００Ｃと、筐体１００Ｃの内部において、開口部１００Ｃ１に近づくようにスライド可能に設けられた障壁部Ｒ１とを備えている。
【００８９】
また、筐体１００Ｃは両端にフランジＦＲ１，ＦＲ２が形成されている。フランジＦＲ１は、流路９１側に取り付けられ、フランジＦＲ２は、仕切り板８１側に取り付けられる。これにより、流量調整部１００は、流路９１と仕切り板８１とを連通させる。
【００９０】
流量調整部１００の断面積はフランジＦＲ１側に向かうにつれて小さくなるように、上面視が台形形状を有している。これにより、液体ＬＱの流速が高められている。
【００９１】
障壁部Ｒ１は、円筒形状を有し、軸方向が長手方向ＬＤと直交するように取り付けられている。障壁部Ｒ１には、ワイヤーＷＲが取り付けられている。このワイヤーＷＲは、図１０（ｂ）に示すように、後空間ＢＳ内を貫通し、２つのプーリーＷ１，Ｗ１を介して「コ」の字状に蛇行し、バランサー５に設けられたモータＭ１に取り付けられている。
【００９２】
モータＭ１は、図４に示すモータ制御部ＭＣの制御によって駆動し、障壁部Ｒ１を前後方向にスライドさせる。具体的には、図１０に示すタンク部１１が水平方向から時計回りへの揺動を開始すると、モータ制御部ＭＣは前空間ＦＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１が水車ユニット９側に向けてスライドするようにモータＭ１の駆動を開始する。そして、モータ制御部ＭＣは、タンク部１１の時計回りへの振れ角が増大するにつれて、前空間ＦＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１が水車ユニット９側に向けて前進するようにモータＭ１を駆動する。
【００９３】
そして、タンク部１１の時計回りへの振れ角が最大になると、モータ制御部ＭＣは、前空間ＦＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１の前進を停止させ、タンク部１１が反時計回りへの揺動を開始し、タンク部１１が水平方向に戻るまで、障壁部Ｒ１を後退させる。
【００９４】
これにより、液体ＬＱが、前空間ＦＳから水車ユニット９を介して後空間ＢＳ内に一挙に侵入することが防止される。液体ＬＱが、前空間ＦＳから後空間ＢＳ内に一挙に侵入すると、後空間ＢＳ内で液体ＬＱが対流し、水車７の回転速度を減少させる虞がある。そこで、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、障壁部Ｒ１を水車ユニット９側に向けて前進させることで、障壁部Ｒ１は開口部１００Ｃ１を通過しようとする液体ＬＱの障壁として作用し、前空間ＦＳから後空間ＢＳに液体ＬＱが一挙に流れることを防止することができる。これにより、水車７の回転速度の減少を抑制し、発電機１０による発電量を増大させることができる。
【００９５】
また、タンク部１１が水平方向から反時計回りへの揺動を開始すると、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、モータ制御部ＭＣは、後空間ＢＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１を水車ユニット９側に前進させていく。そして、タンク部１１の反時計回りへの振れ角が最大になると、モータ制御部ＭＣは、後空間ＢＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１の前進を停止させる。一方、タンク部１１が時計回りへの揺動を開始すると、モータ制御部ＭＣは、タンク部１１が水平方向に戻るまで障壁部Ｒ１を後退させる。
【００９６】
これにより、後空間ＢＳから前空間ＦＳに液体ＬＱが一挙に流れることを防止することができ、発電機１０による発電量の低下を抑制することができる。
【００９７】
モータ制御部ＭＣは、タンク部１１の揺動と同期して、以上の動作を繰り返し行い、液体ＬＱの対流を抑制し、発電量の低下を抑制している。なお、タンク部２１に設けられた流量調整部１００内の障壁部Ｒ１もタンク部１１に設けられた流量調整部１００内の障壁部Ｒ１と同様に動作するため、詳細な説明は省略する。
【００９８】
流量調整部１００としては、図１１に示すものに代えて、図１２に示すものを採用してもよい。図１２は、流量調整部１００の別の一例を示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図を示し、（ｃ）は（ａ）の開口部１００Ｃ２側からの正面図を示している。なお、図１２では、タンク部１１の後空間ＢＳ側の流量調整部１００を示している。
【００９９】
図１２（ｂ）に示すように筐体１００Ｃは、右側が膨らんでおり、障壁部Ｒ１の待避空間ＳＰ１となっている。障壁部Ｒ１は球状の部材により構成されている。筐体１００Ｃの右側面には、一対の棒体ＷＲ１，ＷＲ２が左方向から筐体１００Ｃの内部に向けて侵入可能に設けられている。棒体ＷＲ１，ＷＲ２にはそれぞれモータＭ２，Ｍ３（図略）が取り付けられている。このモータＭ２，Ｍ３は図４に示すモータ制御部ＭＣの制御に従って動作する。
【０１００】
図１３は、図１２に示す障壁部Ｒ１がスライドされる様子を示した図であり、（ａ）は障壁部Ｒ１が開口部１００Ｃ１近傍に位置するときを示し、（ｂ）は障壁部Ｒ１が待避空間ＳＰ１に位置するときを示している。
【０１０１】
タンク部１１が水平方向に位置しているとき、障壁部Ｒ１は図１３（ｂ）に示すように待避空間ＳＰ１に位置している。また、棒体ＷＲ１，ＷＲ２は共に、先端が待避空間ＳＰ１に届く程度の位置まで筐体１００Ｃ内部に侵入している。そして、タンク部１１が水平方向から時計回りへの揺動を開始すると、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、モータ制御部ＭＣは、モータＭ２を駆動して、前空間ＦＳ側の流量調整部１００の棒体ＷＲ１を右方向に漸次スライドさせていく。これにより、棒体ＷＲ１に支えられつつ障壁部Ｒ１は右方向に転がっていく一方、タンク部１１の傾斜に伴う障壁部Ｒ１の前方向への移動は棒体ＷＲ２により規制されている。そして、棒体ＷＲ１の右方向へのスライド量が所定量になると、モータ制御部ＭＣは、モータＭ３を駆動して、棒体ＷＲ２の右方向へのスライドを開始させる。このとき、モータ制御部ＭＣは、引き続き、棒体ＷＲ１も右方向にスライドさせる。そして、タンク部１１の時計回りへの振れ角が最大になると、棒体ＷＲ１，ＷＲ２は、図１３（ａ）に示すように、先端が筐体１００Ｃの右側の側壁に位置するようにスライドされている。これにより、障壁部Ｒ１は、一部が開口部１００Ｃ１に嵌り込み、開口部１００Ｃ１を遮蔽する。
【０１０２】
すなわち、障壁部Ｒ１は、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、開口部１００Ｃ１に近づいていき、タンク部１１の振れ角が最大になると、開口部１００Ｃ１を遮蔽する。これにより、障壁部Ｒ１は、前空間ＦＳから後空間ＢＳに侵入しようとする液体ＬＱの障壁として作用する。よって、後空間ＢＳに液体ＬＱが一挙に侵入することが防止され、水車７の回転速度の減少が抑制され、発電機１０の発電量を確保することができる。
【０１０３】
そして、タンク部１１が反時計回りへの揺動を開始すると、モータ制御部ＭＣは棒体ＷＲ１，ＷＲ２を左方向に向けてスライドさせ、障壁部Ｒ１を待避空間ＳＰ１に待避させる。
【０１０４】
一方、タンク部１１が水平方向から反時計回りへの揺動を開始すると、後空間ＢＳ側の流量調整部１００が前空間ＦＳ側の流量調整部１００と同様に動作し、後空間ＢＳから前空間ＦＳに向けて液体が一挙に侵入することを防止する。なお、タンク部２１に設けられた流量調整部１００もタンク部１１に設けられた流量調整部１００と同様に動作するため、詳細な説明は省略する。
【０１０５】
このように、実施の形態２による水力発電装置によれば、流量調整部１００を設けたため、前空間ＦＳから後空間ＢＳに向けて、或いは後空間ＢＳから前空間ＦＳに向けて液体ＬＱが一挙に流れることを防止することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【０１０６】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１又は実施の形態２による水力発電装置を複数設けて、水力発電システムを構成したことを特徴とする。図１４は、実施の形態３による水力発電システムの全体構成を示すブロック図である。
【０１０７】
図１４に示すように、水力発電システムは、Ｎ（Ｎは２以上の正の整数）台の水力発電装置Ａ１〜ＡＮと、バッテリーＢＡＴとを備えている。水力発電装置としては、実施の形態１，２のいずれかの水力発電装置を採用すればよい。バッテリーＢＡＴは、水力発電装置Ａ１〜ＡＮのそれぞれの発電機１０と接続され、水力発電装置Ａ１〜ＡＮのそれぞれで発電された電力を蓄える。
【０１０８】
また、バッテリーＢＡＴは、水力発電装置Ａ１〜ＡＮのそれぞれに設けられたモータＭ，Ｍ１〜Ｍ３と接続されている。
【０１０９】
これにより、水力発電装置Ａ１〜ＡＮは、他の水力発電装置Ａ１〜ＡＮにより発電された電力を用いてモータＭ，Ｍ１〜Ｍ３を駆動させることが可能となる。これにより、水力発電装置Ａ１〜ＡＮの揺動をより長く持続させることができる。また、複数の水力発電装置Ａ１〜ＡＮを設けたため、より多くの電力を発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】実施の形態１による水力発電装置の前面からの外観構成図を示している。
【図２】図１に示す水力発電装置の側面からの外観構成図を示している。
【図３】図１に示す水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。
【図４】（ａ）はタンク部１１の上面図を示し、（ｂ）はタンク部１１の側面図を示し、（ｃ）はタンク部１１の正面図を示している。
【図５】タンク部に液体が収容された状態を示した図である。
【図６】図１に示すギアを拡大して示した図である。
【図７】図３に示す水車ユニットを拡大して示した図である。
【図８】図７に示す水車の外観図を示している。
【図９】実施の形態２における水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。
【図１０】タンク部の内部構成を示した図である。
【図１１】流量調整部の詳細な構成を示した図である。
【図１２】流量調整部の他の一例を示した図である。
【図１３】図１２に示す障壁部がスライドされる様子を示した図である。
【図１４】実施の形態３による水力発電システムの全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，２ 揺動体
３，４ 支持部
５，６ バランサー
９ 水車ユニット
１０ 発電機
１１，２１ タンク部
１４ 揺動軸
１５，２５ ギア
７，７１，７２，７３ 水車
９１，９２ 流路
１００ 流量調整部
８１１ 流通口
８２１ 流通口
ＢＡＴ バッテリー
ＢＳ 後空間
ＣＳ 中央空間
ＦＳ 前空間
ＬＤ 長手方向
Ｍ モータ
ＭＣ モータ制御部
Ｒ１ 障壁部
Ｔ 伝達部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置及びその水力発電装置を複数を備える水力発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水力発電は、水が落下するときのエネルギーを利用する発電方式であり、水車を水の力によって回転させることで発電を行う。この水力発電は、落差さえあれば発電が可能であり、高所にあるダム、ため池、及びタンク等から水道用水又は農業用水等を供給する水路に発電機を設置すれば発電することができるという特徴を有している。また、水力発電は、太陽光発電や風力発電に比べて単位出力あたりのコストも非常に安いという特徴を有している。更に、水力発電は、ＣＯ２や放射能廃棄物等の有害物質も排出されないという特徴を有している。すなわち、水力発電は、低コスト、かつ、クリーンな発電方式として注目を集めている。
【０００３】
このような、水力発電による発電装置として、例えば特許文献１には、幅５０ｃｍ〜３ｍ程度の農業用の水路で使用することを目的として、水車にフロートを取り付け、水に浮く構造とし、水車の下側を通過する水流により水車を回転させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、一対のフロートと、このフロート間に配置された水車とを備える水力発電システムを道路の側溝に配置し、側溝を流れる水量が比較的多い場合、一対のフロートの浮力によりこの水力発電システムを水に浮かせ、側溝を流れる水量が比較的少ない場合、重量によりこの水力発電システムを側溝の底に沈める技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−２６７３６９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、引用文献１、２はいずれも既存の水路に配置されるものであり、水路のない環境下では設置することができないという問題を有している。
【０００６】
本発明の目的は、既存の水路を必要としない全く新規な発想に基づく水力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の一局面による水力発電装置は、液体を収容する揺動体と、前記揺動体がピッチ方向に揺動するように前記揺動体を支持する支持部と、前記揺動体の内部に設けられ、前記揺動体が繰り返し揺動することで前記揺動体の長手方向を往復流動する液体からの圧力によって回転する水車と、前記水車によって発電する発電機と、前記発電機により発電された一部の電力により駆動され、前記揺動体のピッチ方向の振れ角が最大となったときに、前記揺動体に前記ピッチ方向への復元力を加えるモータと、前記モータの復元力を前記揺動体に伝達する伝達部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、揺動体は内部に液体が収容され、支持部によってピッチ方向に揺動可能に軸支されている。したがって、この揺動体に何らかの外力が加えられると、この揺動体は、ピッチ方向に揺動する。ここで、揺動体は、振れ角が最大になったときに、本水力発電装置により発電された一部の電力によって駆動されるモータからの復元力を受けるため、揺動時間の長時間化が図られている。これにより、揺動体に収容された液体が揺動体の長手方向を往復流動する結果、この液体により水車が回転し、発電機を発電させることができる。したがって、既存の水路を必要とすることのない水力発電装置を提供することができる。
【０００９】
（２）前記揺動体は、第１及び第２の揺動体を備え、前記第１の揺動体は、前記支持部により軸支される第１の揺動軸と、前記第１の揺動軸に設けられた第１のギアとを備え、前記第２の揺動体は、前記支持部により軸支される第２の揺動軸と、前記第２の揺動軸に設けられ、前記第１のギアに噛合された第２のギアとを備えることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１の揺動体には支持部に軸支される第１の揺動軸が設けられ、第２の揺動体には支持部により軸支される第２の揺動軸が設けられ、第１の揺動軸には第１のギアが設けられ、第２の揺動軸には第１のギアに噛合される第２のギアが設けられている。
【００１１】
したがって、第１及び第２の揺動体は、それぞれ反対のピッチ方向に揺動するため、一方の揺動体は、振れ角が増大するにつれて、他方の揺動体から漸次増大する復元力を受け、やがて停止して逆方向への揺動を開始する。すなわち、第１及び第２の揺動体は、相互に復元力を及ぼし合い、揺動するように構成されている。このように、２つの揺動体を用いることで、揺動体の全長を長くしなくても、揺動が持続され易い揺動体を構成することができる。
【００１２】
（３）前記第１のギアと前記第２のギアとは歯数が異なることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１及び第２のギアは歯数が異なるため、第１の揺動体の最大の揺れ角と第２の揺動体の最大の揺れ角とが異なる値となる結果、第１の揺動体内の液体の流速と第２の揺動体内の液体の流速とを異なる値にすることができる。そのため、一方の揺動体の傾斜を大きくして、この揺動体から大きな電力を得ることが可能となり、他方の揺動体の傾斜を小さくして、一方の揺動体の振れ角が過大になることを防止して、揺動が持続され易い揺動体を構成することができる。
【００１４】
（４）前記第１及び第２の揺動体は、前記長手方向に直交し、下側に向けて延設されたバランサーをそれぞれ備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第１及び第２の揺動体は、それぞれ、バランサーを備えているため、バランサーの重さを調節することで、第１及び第２の揺動体の最大の振れ角を調節することができる。
【００１６】
（５）前記揺動体は、第１及び第２の仕切り板により前、中央、後の３つの空間に仕切られ、前記第１の仕切り板は、前記前の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、前記第２の仕切り板は、前記後の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、前記水車は、前記前の空間と前記後の空間との間に設けられていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第１及び第２の仕切り板は中央の空間に向かうにつれて、左及び右の空間の長手方向視の断面が小さくなるような楔形状を有し、かつ、頂部に液体の流通口が形成されているため、左の空間から中央の空間に流れる液体の流速を速くすることができると共に、右の空間から中央の空間に流れる液体の流速を速くすることができる。そのため、中央の空間に設けられた水車の回転速度を高くすることができ、より大きな電力を発電することができる。
【００１８】
（６）前記前の空間と前記中央の空間との間、及び前記後の空間と前記中央の空間との間にそれぞれ設けられ、前記流通口を流れる液体の流量を調節するための流量調節部を更に備えることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、流通口を流れる液体の流量が調節されるため、揺動体が傾斜したときに流通口から液体が一挙に流れることを防止することができ、液体が一挙に流れることにより発生する液体の対流を防止し、対流による水車の回転速度の低下を防止することができる。また、液体が一挙に流れることが防止されるため、水車の回転に作用しない液体の割合を低くすることができる。
【００２０】
（７）前記流量調節部は、前記長手方向の両端に開口部が設けられた管状の筐体と、前記筐体の内部において、前記揺動体の振れ角が増大するにつれて、前記中央の空間側の開口部に近づくようにスライド可能に設けられた障壁部とを備えることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、揺動体の振れ角が増大するにつれて、障壁部が流通口に向けてスライドしていくため、この障壁部が流通口に向けて流れる液体の障壁として作用し、流通口から液体が一挙に流れることを防止することができる。
【００２２】
（８）前記水車は、複数設けられていることが好ましい
この構成によれば、水車が複数設けられているため、水車の回転に作用する液体の割合を高くすることができ、発電効率を高め、より多くの電力を発電することができる。
【００２３】
（９）本発明の更に別の一局面による水力発電システムは、請求項１〜８のいずれかに記載された複数の水力発電装置と、各水力発電装置により発電された電力を貯蔵するバッテリーとを備え、各水力発電装置のモータは、前記バッテリーからの電力により駆動されることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、各水力発電装置間で発電された電力を相互に用いて、各水力発電装置を構成する揺動体の揺動を持続させることができる。また、複数の水力発電装置を備えているため、発電量を増大させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、揺動体に収容された液体が揺動体の長手方向を往復流動する結果、この液体により水車が回転し、発電機を発電させることができる。したがって、既存の水路を必要とすることのない水力発電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１による水力発電装置について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１による水力発電装置の前面からの外観構成図を示している。図２は、図１に示す水力発電装置の側面からの外観構成図を示している。図３は、図１に示す水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。なお、図１〜図３に示す左及び右方向は前方向から水力発電装置を見た場合を示している。
【００２７】
図１〜図３に示すように水力発電装置は、液体を収容する揺動体１，２と、揺動体１，２がピッチ方向に揺動するように揺動体１，２を支持する支持部３，４と、揺動体１，２の内部に設けられ、揺動体１，２が繰り返し揺動することで揺動体１，２の長手方向ＬＤを往復流動する液体からの圧力によって回転する水車７（図３参照）と、水車７によって発電する発電機１０と、発電機１０により発電された一部の電力により駆動され、揺動体１，２のピッチ方向の振れ角が最大になったときに、揺動体１，２にピッチ方向への復元力を加えるモータＭと、モータＭの復元力を揺動体１，２に伝達する伝達部Ｔを備えている。
【００２８】
揺動体１は、内部に液体を収容するタンク部１１と、支持部３により軸支される揺動軸１４と、揺動軸１４に設けられたギア１５とを備えている。また、揺動体１は、タンク部１１の下側に設けられ、タンク部１１を支える受け部１２と、受け部１２を支える支持板１３とを備えている。
【００２９】
タンク部１１は、例えば四角柱状の部材により構成されている。タンク部１１の上面には、内部に液体を注入するための円柱状の注入口ＴＮ（図略、タンク部２１にて図示）が設けられている。液体としては、例えば水を採用することができる。
【００３０】
受け部１２は、前面視がＶ字状の平板の部材から構成され、上面側にタンク部１１が載置され、下面側の頂部が支持板１３に固着されている。ここで、受け部１２は、タンク部１１の長手方向ＬＤのほぼ中央の位置を支持している。これにより、タンク部１１はバランス良く揺動されることになる。
【００３１】
支持板１３は、揺動軸１４に固着されている。ここで、タンク部１１及び受け部１２は例えば溶接により固着され、受け部１２及び支持板１３は例えば溶接により固着され、支持板１３及び揺動軸１４は例えば溶接により固着されている。これにより、タンク部１１の下面側に揺動軸１４を強固に取り付けることが可能となる。
【００３２】
揺動軸１４は、長手方向がタンク部１１の長手方向ＬＤに直交するように支持板１３に取り付けられている。揺動軸１４は、左右方向からタンク部１１を挟むように設けられた左右一対の軸受３１，３１によって回転可能に支持されている。揺動軸１４の中心側の一端には、ギア１５が取り付けられている。
【００３３】
支持部３は、例えばタンク部１１を左右から挟むように設けられた左右一対の支持柱３２，３２と、支持柱３２，３２のそれぞれの上部に取り付けられた軸受３１，３１とを備えている。支持柱３２は、上下方向を長手方向とする柱状の部材により構成されている。支持柱３２の上方には、軸受３１を取り付けるための平板状の取り付け面３２１が形成されている。軸受３１は、例えばボルトとナットとにより、取り付け面３２１にネジ止めされている。
【００３４】
支持柱３２の下方には、底辺を長辺とする２等辺三角形状の枠体３３が取り付けられている。この枠体３３により水力発電装置を地面に対して安定して設置させることができる。
【００３５】
揺動体２は、揺動体１と同様に、タンク部２１、受け部２２、支持板２３（図略）、及び揺動軸２４を備えている。揺動軸２４は、揺動軸１４と同様、左右一対の軸受４１，４１により左右一対の支持柱４２，４２に回転可能に取り付けられている。これにより、タンク部２１は、タンク部１１と同様、ピッチ方向に揺動する。
【００３６】
揺動軸２４の左端には、ギア２５が取り付けられている。ギア２５は軸芯がギア１５の軸芯よりも上側に位置しており、ギア１５と噛み合っている。そのため、揺動体１と揺動体２とは、それぞれ反対のピッチ方向に揺動する。
【００３７】
また、ギア２５と、ギア１５とのギア比は例えば、１：２である。そのため、タンク部１１がピッチ方向にある角度θ回転したとすると、タンク部２１は、反対のピッチ方向に２θ回転する。なお、ギア２５、ギア１５のギア比は一例であり、用途に応じて適宜変更してもよい。
【００３８】
中央側の支持柱３２，４２には、ギア１５の近傍に設けられ、左右方向を長手方向とし、支持柱３２，４２を繋ぐブリッジＢｒが取り付けられている。これにより、ギア２５とギア１５とは安定して噛み合うことができる。
【００３９】
揺動体１，２は、長手方向ＬＤに直交し、下側に向けて延設されたバランサー５，６をそれぞれ備えている。バランサー５は、例えば４本のバランサー柱５２と、４本のバランサー柱５２の下側に取り付けられた籠部５１とを備えている。前面視において、バランサー柱５２，５２は、タンク部１１を左右方向から挟むように、かつ、長手方向がタンク部１１の長手方向ＬＤに直交するように、タンク部１１に取り付けられている。また、側面視において、バランサー柱５２，５２は、前後方向から揺動軸１４を挟むように、かつ、長手方向がタンク部１１の長手方向ＬＤと直交するようにタンク部１１に取り付けられている。ここで、各バランサー柱５２は、例えば溶接によりタンク部１１に固着されている。
【００４０】
籠部５１は、４本のバランサー柱５２の下方において、４本のバランサー柱５２を取り囲むように取り付けられた例えば４枚の籠板と、４本のバランサー柱５１の下端に底面として取り付けられた１枚の籠板とにより構成されている。
【００４１】
このように、バランサー５は、籠部５１が設けられているため、籠部５１内におもりを出し入れすることが可能となり、これによりバランサー５の重みを所望の重さに調節することができる。そして、バランサー５の重さを調節することで、揺動体１の最大の振れ角を調節することができる。
【００４２】
タンク部２１には、タンク部１１と同様、バランサー６が取り付けられている。図２に示すように、バランサー柱６２の全長は、バランサー柱５２の全長よりも長い。そのため、揺動体２の最大の振れ角は揺動体１の最大の振れ角よりも大きくなるようにされている。
【００４３】
図３に示すように、モータＭは、各水車７に接続された発電機１０（図４参照）により発電された一部の電力により駆動する。伝達部Ｔは、バランサー５，６の下面に取り付けられた突起Ｐ１，Ｐ２と、突起Ｐ１及びモータＭの回転軸Ｐ３に接続されたチェーンＣ１と、突起Ｐ２及び回転軸Ｐ３間に接続されたチェーンＣ２とを備えている。
【００４４】
水平線ＳＬを基準とし、反時計回りの角度を正とし、タンク部２１の振れ角をθで表すと、タンク部２１は、θ＝＋６０度からθ＝−６０度までの１２０度の範囲内で揺動する。すなわち、タンク部２１は、前方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大６０度傾斜し、また、後方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大６０度傾斜する。
【００４５】
したがって、θ＝０度のとき突起Ｐ２と回転軸Ｐ３とは最も近づき、θ＝＋６０度及び−６０度のとき突起Ｐ２と回転軸Ｐ３とは最も離れる。チェーンＣ２は突起Ｐ２と回転軸Ｐ３とが最も離れた距離程度の長さを有している。よって、θ＝＋６０度及び−６０度のとき、モータＭが駆動することで、突起Ｐ２が回転軸Ｐ３に戻るようにタンク部２１にチェーンＣ２を介して復元力を加えることが可能となり、タンク部２１の揺動を持続させることができる。
【００４６】
また、同様に、タンク部１１の振れ角をθで表すと、タンク部１１は、θ＝＋３０度からθ＝−３０度までの６０度の範囲内で揺動する。すなわち、タンク部１１は、前方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大３０度傾斜し、また、後方の端部が水平線ＳＬから下方に向けて最大３０度傾斜する。
【００４７】
したがって、θ＝０度のとき突起Ｐ１と回転軸Ｐ３とは最も近づき、θ＝＋３０度及び−３０度のとき突起Ｐ１と回転軸Ｐ３とは最も離れる。チェーンＣ１は突起Ｐ１と回転軸Ｐ３とが最も離れた距離程度の長さを有している。よって、θ＝＋３０度及び−３０度のとき、モータＭが駆動することで、突起Ｐ１が回転軸Ｐ３に戻るようにタンク部１１にチェーンＣ１を介して復元力を加えることが可能となり、タンク部１１の揺動を持続させることができる。
【００４８】
なお、タンク部１１とタンク部２１とは、ギア１５及びギア２５を介して接続されている。そのため、タンク部２１がθ＝＋６０度になったときタンク部２１はθ＝−３０度になる。また、タンク部２１がθ＝−６０度になったときタンク部２１はθ＝＋３０度になる。よって、タンク部１１とタンク部２１との周期は同一になる。
【００４９】
ここで、モータＭには、モータ制御部ＭＣ（図４参照）が接続されている。このモータ制御部ＭＣは、タンク部１１，２１の予め定められた周期に基づいて、タンク部１１，２１がθ＝−３０度，＋６０度になるタイミングと、θ＝＋３０度，−６０度になるまでのタイミングとを例えばカウンタ等により定め、両タイミングにおいて、所定時間モータＭを駆動させる。この所定時間としては、タンク部２１の周期よりも遙かに短い時間を採用することができる。
【００５０】
なお、タンク部１１，２１の振れ角を検出するためのロータリーエンコーダや、加速度センサ等の角度検出手段をタンク部１１，２１に取り付け、モータ制御部ＭＣは、角度検出手段により検出される検出角度にしたがって、タンク部１１，２１がθ＝−３０度，＋６０度及びθ＝＋３０度，−６０度になるタイミングを検出し、このタイミングにおいて所定時間、モータＭを駆動するようにしてもよい。
【００５１】
図３に示すように、タンク部２１は、内部に、水車ユニット９、仕切り板８１、水車７が設けられている。仕切り板８１，８２は、長手方向ＬＤの中央部を中心に前後対称となるように、揺動体２１の内部を前、中央、後の３つの空間（前空間ＦＳ、中央空間ＣＳ、後空間ＢＳ）に仕切る。
【００５２】
仕切り板８２は、前空間ＦＳの長手方向ＬＤ視の断面積が中央空間ＣＳに向けて小さくなり、かつ、下部の左右中央部が頂部となるような楔形状を有し、頂部に液体の流通口８２１が形成されている。
【００５３】
仕切り板８１は、後空間ＢＳの長手方向ＬＤ視の断面積が中央空間ＣＳに向けて小さくなり、かつ、下部の左右中央部が頂部となるような楔形状を有し、頂部に液体の流通口８１１が形成されている。
【００５４】
水車ユニット９と流通口８２１とは流路９２を介して連通され、水車ユニット９と流通口８１１とは流路９１を介して連通されている。ここで、流路９１は、流通口８１１から水車ユニット９に向けて伸び、仕切り板８１と一体形成され、端部にフランジが設けられた例えば断面四角形状の部材と、水車ユニット９から流通口８１１に向けて伸び、水車ユニット９と一対形成され、端部にフランジが設けられた例えば断面四角形状の部材とにより構成されている。そして、流路９１は、両部材のフランジ部同士が接続されることで構成されている。また、流路９２も流路９１と同様に構成されている。
【００５５】
水車ユニット９は、前面の下部中央に流通口９４が形成され、後面の下部中央に流通口９３が形成されている。そして、流通口９４には流路９２が形成され、流通口９３には流路９１が形成されている。
【００５６】
これにより、前空間ＦＳ内の液体は、仕切り板８２によって流速が高められて、流路９２を介して水車ユニット９の内部に侵入して、内部に設けられた水車７（図７参照）を回転させた後、流路９１を介して後空間ＢＳへと侵入する。
【００５７】
また、後空間ＢＳ内の液体は、仕切り板８１によって流速が高められて、流路９１を介して水車ユニット９の内部に侵入して、内部に設けられた水車７（図７参照）を回転させた後、流路９２を介して前空間ＦＳへと侵入する。
【００５８】
前空間ＦＳ内には、前方に２列に設けられた水車７２，７２と中央側に設けられた１個の水車７１との合計３個の水車７が設けられている。なお、水車７１，７２を総称するときは７の番号を付して表す。また、水車７の個数は、３個に限定されず、１、２個、４以上であってもよい。
【００５９】
後空間ＢＳにも、前空間と同様に３個の水車７１，７２，７２が設けられている。ここで、水車７１，７２，７２は、前空間ＦＳと後空間ＢＳとにおいて、前後対称になるように設けられている。これにより、タンク部２１をバランス良く揺動させることができる。
【００６０】
水車７は、回転軸７０１がタンク部２１の長手方向ＬＤと直交するように、タンク部２１の内部に取り付けられている。タンク部２１の上面には、各水車７と対向する位置に軸受２０１が形成され、タンク部２１の下面には、各水車７と対向する位置に軸受２０１が形成されており、各水車７の回転軸７０１は対向する軸受２０１によって回転可能に軸支されている。
【００６１】
図４（ａ）はタンク部１１の上面図を示し、図４（ｂ）はタンク部１１の側面図を示し、図４（ｃ）はタンク部１１の正面図を示している。図４（ｂ）に示すように、タンク部１１の各水車７の回転軸７０１には、発電機１０が接続されている。ここで、発電機１０は、例えばタンク部１１の上面の外側に取り付けられ、水車が回転すると電磁誘導により電力を発生する。
【００６２】
バッテリーＢＡＴは、発電機１０により発電された電力を蓄電する。モータＭは、バッテリーＢＡＴにより蓄電された電力の一部を受けて、駆動する。なお、タンク部２１の構成は、図４（ａ）に示すタンク部１１と同一構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００６３】
図５は、タンク部１１，２１に液体ＬＱが収容された状態を示した図である。なお、図５において、バランサー５、水車７、及び発電機１０は図示が省略されている。図５に示すように、タンク部１１，２１には、それぞれ、液体ＬＱが収容されている。図５においては、タンク部２１は、前方の端部が下方に向けて６０度傾斜している。また、タンク部１１は、後方の端部が下方に向けて３０度傾斜している。この状態において、タンク部２１内の液体ＬＱは全て、前空間ＦＳに移動している。また、タンク部１１の液体ＬＱは全て、後空間ＢＳに移動している。このように、タンク部１１，２１のそれぞれに収容される液体ＬＱの体積としては、タンク部１１，２１の前空間ＦＳ又は後空間ＢＳよりも多少少ない程度が好ましい。
【００６４】
図６は、図１に示すギア２５とギア１５とを拡大して示した図である。図６に示すように、ギア２５とギア１５とが噛み合っており、ギア２５とギア１５とのギア比が１：２にされており、ギア２５の直径が、ギア１５の直径よりも小さくされていることが分かる。また、ギア２５には、揺動軸２４が接続され、この揺動軸２４が支持柱４２の上端に設けられた軸受４１を貫通しており、軸受４１により回転可能に支持されていることが分かる。
【００６５】
また、ギア１５には、揺動軸１４が接続され、この揺動軸１４が支持柱３２の上端に設けられた軸受３１を貫通しており、軸受３１により回転可能に支持されていることが分かる。
【００６６】
図７は、図３に示す水車ユニット９を拡大して示した図である。図７（ａ）は側面図であり、図７（ｂ）は正面図であり、図７（ｃ）は上面図を示している。図７（ａ）〜（ｃ）に示すように水車ユニット９は、水車７３と、水車７３の全域を覆う筐体９Ｃとを備えている。図８は、図７に示す水車７３（７）の外観図を示している。水車７は、対向する２枚の円板７０３，７０３と、２枚の円板７０３，７０３の間に設けられた複数の羽根７０２とを備えている。
【００６７】
円板７０３，７０３の中心Ｏ１には孔が形成され、回転軸７０１はこの孔を貫通するように取り付けられている。羽根７０２は短冊状の部材により構成され、外側の一辺Ｈ１が円板７０３，７０３の外周Ｈ２と連なるように設けられている。また、羽根７０２は、隣接する２枚の羽根７０２により１組の羽根ユニットが構成され、この１組の羽根ユニットが中心Ｏ１を中心として放射状に等間隔で配列されている。
【００６８】
図７（ａ）に戻り、筐体９Ｃの下部の両端は、図１に示す流路９１，９２を構成する。流路９１，９２の端部にはフランジ９Ｆ，９Ｆが形成されている。このフランジ９Ｆ，９Ｆは、仕切り板８１，８２側に取り付けられ、前空間ＦＳ又は後空間ＢＳからの液体ＬＱが筐体９Ｃ内部に侵入する。
【００６９】
筐体９Ｃには、流路９１，９２の上部と連なるように天井板９Ｃ１が設けられている。筐体９Ｃの上面９Ｃ３、及び天井板９Ｃ１には、それぞれ中央部にベアリング７３２及び軸受７３４が設けられている。また、筐体９Ｃの底面９Ｃ２の中央部には、軸受７３４が設けられている。回転軸７０１は、下端が底面９Ｃ２に設けられた軸受７３４により軸支されている。また、回転軸７０１は、天井板９Ｃ１に設けられたベアリング７３２及び軸受７３４と、上面９Ｃ３に設けられたベアリング７３２及び軸受７３４とを貫通している。また、回転軸７０１の上端は発電機１０に侵入している。なお、実際には、回転軸７０１は、タンク部１１又はタンク部２１の上壁を介して発電機１０に侵入しているが、図７では図示を省略している。
【００７０】
したがって、流路９２から流路９１又は流路９１から流路９２に向けて液体ＬＱが侵入すると、水車７３は、この液体ＬＱによる水圧によって回転し、この水車７３の回転に伴って回転軸７０１が回転し、発電機１０が発電することになる。
【００７１】
次に、主に図３を用いて本水力発電装置の動作について説明する。初期状態において、タンク部１１，２１は長手方向ＬＤが水平方向を向いて静止しているものとする。まず、タンク部１１とタンク部２１とに外力が加えられると、タンク部１１，２１は揺動を開始する。
【００７２】
ここで、外力としては、バッテリーＢＡＴにより蓄電された一部の電力、又は更に別の電力供給手段の電力により駆動されるモータＭの回転力を採用すればよい。或いは、人間が直接、タンク部１１，２１を押すことでタンク部１１，２１に外力を加えても良い。この場合、人間がタンク部１１，２１を引っ張りやすくするために、タンク部１１，２１に紐等を取り付ければよい。
【００７３】
ここでは、まず、タンク部２１が反時計回りに揺動を開始し、タンク部１１が時計回りに揺動を開始したものとする。タンク部２１の振れ角が増大するにつれて、液体ＬＱは後空間ＢＳから流路９１，９２を介して前空間ＦＳへと侵入する。これにより、水車ユニット９内の水車７３が回転され、水車７３に接続された発電機１０が発電する。また、タンク部２１の前空間ＦＳに侵入した液体ＬＱは、前空間ＦＳに設けられた水車７１，７２を回転させる。これにより、水車７１，７２に接続された発電機１０も発電する。
【００７４】
一方、タンク部１１では、液体ＬＱは前空間ＦＳから流路９２，９１を介して後空間ＢＳへと侵入する。これにより、水車ユニット９内の水車７３が回転され、水車７３に接続された発電機１０が発電する。タンク部１１の後空間ＢＳに侵入した液体ＬＱは、後空間ＢＳに設けられた水車７１，７２を回転させる。これにより、水車７１，７２に接続された発電機１０も発電する。
【００７５】
タンク部２１は、最大の振れ角であるθ＝＋６０になると、バランサー６及びタンク部１１と重さが釣り合い、停止する。同様に、タンク部１１も、最大の振れ角であるθ＝−３０度になると、バランサー５及びタンク部２１と重さが釣り合い、停止する。
【００７６】
このとき、モータＭが所定時間駆動し、モータＭの駆動力がチェーンＣ２及びバランサー６を介してタンク部２１に復元力となって伝わると共に、モータＭの駆動力がチェーンＣ１及びバランサー５を介してタンク部１１に復元力となって伝わる。これにより、タンク部２１が時計回りに揺動を開始し、タンク部１１が反時計回りに揺動を開始する。
【００７７】
やがて、タンク部２１は、長手方向ＬＤが水平方向となり、その後、後方の端部が下方に向けて傾斜していく。また、タンク部１１は、長手方向ＬＤが水平方向になった後、前方の端部が下方に向けて傾斜していく。
【００７８】
これにより、タンク部２１の液体ＬＱは、前空間ＦＳから流路９２，９１を介して後空間ＢＳへと侵入する。また、タンク部１１の液体ＬＱは、後空間ＢＳから流路９１，９２を介して前空間ＦＳへと侵入する。
【００７９】
そして、タンク部１１，２１の水車ユニット９内の水車７３が回転し、この水車７３に接続された発電機１０が発電する。
【００８０】
タンク部２１は、振れ角が最大の振れ角であるθ＝−６０度になると、バランサー６及びタンク部１１と重さが釣り合い、停止する。また、タンク部１１は、振れ角が最大の振れ角であるθ＝＋３０度になると、バランサー５及びタンク部２１と重さが釣り合い、停止する。
【００８１】
このとき、モータＭが所定時間駆動し、タンク部２１が反時計回りに揺動を開始し、タンク部１１が時計回りに揺動を開始する。上記のようにしてタンク部１１、１２は繰り返し揺動する。これにより、水車７が回転し、発電機１０が発電する。
【００８２】
以上説明したように、本水力発電装置によれば、揺動体１，２に収容された液体ＬＱが揺動体１，２の長手方向ＬＤを往復流動する結果、この液体ＬＱにより水車７が回転し、発電機１０を発電させることができる。したがって、既存の水路を必要とすることのない水力発電装置を提供することができる。
【００８３】
（実施の形態２）
実施の形態２による水力発電装置は、実施の形態１の水力発電装置に対し、流路９１，９２を流れる液体ＬＱの流量を調節するための流量調節部を設けたことを特徴とする。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一のものは説明を省略する。
【００８４】
図９は、本実施の形態における水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。図１０は、タンク部１１の内部構成を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図を示している。なお、タンク部２１もタンク部１１と同一構成であり、図１０で表すことができる。
【００８５】
図１０に示すように、本実施の形態では、仕切り板８１と流路９１との間に流量調整部１００が設けられると共に、仕切り板８２と流路９２との間に流量調整部１００が設けられている。
【００８６】
水車ユニット９の両端からは流路９１，９２が延設されている。実施の形態１では、水車ユニット９は中央空間ＣＳの内部に設けられていたが、本実施の形態では、水車ユニット９及び流路９１，９２が中央空間ＣＳを構成する。また、本実施の形態では、前空間ＦＳ及び後空間ＢＳにはそれぞれ２個の水車７が設けられているものとする。
【００８７】
図１１は、流量調整部１００の詳細な構成を示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は開口部１００Ｃ１からの正面図、（ｃ）は上面図を示している。なお、図１１に示す流量調整部１００は、図１０のタンク部１１の後空間ＢＳ側の流量調整部１００を示している。タンク部１１の前空間ＦＳ側の流量調整部１００は、後空間ＢＳ側の流量調整部１００と同一構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００８８】
図１１に示すように、流量調整部１００は、長手方向ＬＤの両端に開口部１００Ｃ１，１００Ｃ２が設けられた管状の筐体１００Ｃと、筐体１００Ｃの内部において、開口部１００Ｃ１に近づくようにスライド可能に設けられた障壁部Ｒ１とを備えている。
【００８９】
また、筐体１００Ｃは両端にフランジＦＲ１，ＦＲ２が形成されている。フランジＦＲ１は、流路９１側に取り付けられ、フランジＦＲ２は、仕切り板８１側に取り付けられる。これにより、流量調整部１００は、流路９１と仕切り板８１とを連通させる。
【００９０】
流量調整部１００の断面積はフランジＦＲ１側に向かうにつれて小さくなるように、上面視が台形形状を有している。これにより、液体ＬＱの流速が高められている。
【００９１】
障壁部Ｒ１は、円筒形状を有し、軸方向が長手方向ＬＤと直交するように取り付けられている。障壁部Ｒ１には、ワイヤーＷＲが取り付けられている。このワイヤーＷＲは、図１０（ｂ）に示すように、後空間ＢＳ内を貫通し、２つのプーリーＷ１，Ｗ１を介して「コ」の字状に蛇行し、バランサー５に設けられたモータＭ１に取り付けられている。
【００９２】
モータＭ１は、図４に示すモータ制御部ＭＣの制御によって駆動し、障壁部Ｒ１を前後方向にスライドさせる。具体的には、図１０に示すタンク部１１が水平方向から時計回りへの揺動を開始すると、モータ制御部ＭＣは前空間ＦＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１が水車ユニット９側に向けてスライドするようにモータＭ１の駆動を開始する。そして、モータ制御部ＭＣは、タンク部１１の時計回りへの振れ角が増大するにつれて、前空間ＦＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１が水車ユニット９側に向けて前進するようにモータＭ１を駆動する。
【００９３】
そして、タンク部１１の時計回りへの振れ角が最大になると、モータ制御部ＭＣは、前空間ＦＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１の前進を停止させ、タンク部１１が反時計回りへの揺動を開始し、タンク部１１が水平方向に戻るまで、障壁部Ｒ１を後退させる。
【００９４】
これにより、液体ＬＱが、前空間ＦＳから水車ユニット９を介して後空間ＢＳ内に一挙に侵入することが防止される。液体ＬＱが、前空間ＦＳから後空間ＢＳ内に一挙に侵入すると、後空間ＢＳ内で液体ＬＱが対流し、水車７の回転速度を減少させる虞がある。そこで、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、障壁部Ｒ１を水車ユニット９側に向けて前進させることで、障壁部Ｒ１は開口部１００Ｃ１を通過しようとする液体ＬＱの障壁として作用し、前空間ＦＳから後空間ＢＳに液体ＬＱが一挙に流れることを防止することができる。これにより、水車７の回転速度の減少を抑制し、発電機１０による発電量を増大させることができる。
【００９５】
また、タンク部１１が水平方向から反時計回りへの揺動を開始すると、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、モータ制御部ＭＣは、後空間ＢＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１を水車ユニット９側に前進させていく。そして、タンク部１１の反時計回りへの振れ角が最大になると、モータ制御部ＭＣは、後空間ＢＳ側の流量調整部１００内の障壁部Ｒ１の前進を停止させる。一方、タンク部１１が時計回りへの揺動を開始すると、モータ制御部ＭＣは、タンク部１１が水平方向に戻るまで障壁部Ｒ１を後退させる。
【００９６】
これにより、後空間ＢＳから前空間ＦＳに液体ＬＱが一挙に流れることを防止することができ、発電機１０による発電量の低下を抑制することができる。
【００９７】
モータ制御部ＭＣは、タンク部１１の揺動と同期して、以上の動作を繰り返し行い、液体ＬＱの対流を抑制し、発電量の低下を抑制している。なお、タンク部２１に設けられた流量調整部１００内の障壁部Ｒ１もタンク部１１に設けられた流量調整部１００内の障壁部Ｒ１と同様に動作するため、詳細な説明は省略する。
【００９８】
流量調整部１００としては、図１１に示すものに代えて、図１２に示すものを採用してもよい。図１２は、流量調整部１００の別の一例を示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図を示し、（ｃ）は（ａ）の開口部１００Ｃ２側からの正面図を示している。なお、図１２では、タンク部１１の後空間ＢＳ側の流量調整部１００を示している。
【００９９】
図１２（ｂ）に示すように筐体１００Ｃは、右側が膨らんでおり、障壁部Ｒ１の待避空間ＳＰ１となっている。障壁部Ｒ１は球状の部材により構成されている。筐体１００Ｃの右側面には、一対の棒体ＷＲ１，ＷＲ２が左方向から筐体１００Ｃの内部に向けて侵入可能に設けられている。棒体ＷＲ１，ＷＲ２にはそれぞれモータＭ２，Ｍ３（図略）が取り付けられている。このモータＭ２，Ｍ３は図４に示すモータ制御部ＭＣの制御に従って動作する。
【０１００】
図１３は、図１２に示す障壁部Ｒ１がスライドされる様子を示した図であり、（ａ）は障壁部Ｒ１が開口部１００Ｃ１近傍に位置するときを示し、（ｂ）は障壁部Ｒ１が待避空間ＳＰ１に位置するときを示している。
【０１０１】
タンク部１１が水平方向に位置しているとき、障壁部Ｒ１は図１３（ｂ）に示すように待避空間ＳＰ１に位置している。また、棒体ＷＲ１，ＷＲ２は共に、先端が待避空間ＳＰ１に届く程度の位置まで筐体１００Ｃ内部に侵入している。そして、タンク部１１が水平方向から時計回りへの揺動を開始すると、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、モータ制御部ＭＣは、モータＭ２を駆動して、前空間ＦＳ側の流量調整部１００の棒体ＷＲ１を右方向に漸次スライドさせていく。これにより、棒体ＷＲ１に支えられつつ障壁部Ｒ１は右方向に転がっていく一方、タンク部１１の傾斜に伴う障壁部Ｒ１の前方向への移動は棒体ＷＲ２により規制されている。そして、棒体ＷＲ１の右方向へのスライド量が所定量になると、モータ制御部ＭＣは、モータＭ３を駆動して、棒体ＷＲ２の右方向へのスライドを開始させる。このとき、モータ制御部ＭＣは、引き続き、棒体ＷＲ１も右方向にスライドさせる。そして、タンク部１１の時計回りへの振れ角が最大になると、棒体ＷＲ１，ＷＲ２は、図１３（ａ）に示すように、先端が筐体１００Ｃの右側の側壁に位置するようにスライドされている。これにより、障壁部Ｒ１は、一部が開口部１００Ｃ１に嵌り込み、開口部１００Ｃ１を遮蔽する。
【０１０２】
すなわち、障壁部Ｒ１は、タンク部１１の振れ角が増大するにつれて、開口部１００Ｃ１に近づいていき、タンク部１１の振れ角が最大になると、開口部１００Ｃ１を遮蔽する。これにより、障壁部Ｒ１は、前空間ＦＳから後空間ＢＳに侵入しようとする液体ＬＱの障壁として作用する。よって、後空間ＢＳに液体ＬＱが一挙に侵入することが防止され、水車７の回転速度の減少が抑制され、発電機１０の発電量を確保することができる。
【０１０３】
そして、タンク部１１が反時計回りへの揺動を開始すると、モータ制御部ＭＣは棒体ＷＲ１，ＷＲ２を左方向に向けてスライドさせ、障壁部Ｒ１を待避空間ＳＰ１に待避させる。
【０１０４】
一方、タンク部１１が水平方向から反時計回りへの揺動を開始すると、後空間ＢＳ側の流量調整部１００が前空間ＦＳ側の流量調整部１００と同様に動作し、後空間ＢＳから前空間ＦＳに向けて液体が一挙に侵入することを防止する。なお、タンク部２１に設けられた流量調整部１００もタンク部１１に設けられた流量調整部１００と同様に動作するため、詳細な説明は省略する。
【０１０５】
このように、実施の形態２による水力発電装置によれば、流量調整部１００を設けたため、前空間ＦＳから後空間ＢＳに向けて、或いは後空間ＢＳから前空間ＦＳに向けて液体ＬＱが一挙に流れることを防止することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【０１０６】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１又は実施の形態２による水力発電装置を複数設けて、水力発電システムを構成したことを特徴とする。図１４は、実施の形態３による水力発電システムの全体構成を示すブロック図である。
【０１０７】
図１４に示すように、水力発電システムは、Ｎ（Ｎは２以上の正の整数）台の水力発電装置Ａ１〜ＡＮと、バッテリーＢＡＴとを備えている。水力発電装置としては、実施の形態１，２のいずれかの水力発電装置を採用すればよい。バッテリーＢＡＴは、水力発電装置Ａ１〜ＡＮのそれぞれの発電機１０と接続され、水力発電装置Ａ１〜ＡＮのそれぞれで発電された電力を蓄える。
【０１０８】
また、バッテリーＢＡＴは、水力発電装置Ａ１〜ＡＮのそれぞれに設けられたモータＭ，Ｍ１〜Ｍ３と接続されている。
【０１０９】
これにより、水力発電装置Ａ１〜ＡＮは、他の水力発電装置Ａ１〜ＡＮにより発電された電力を用いてモータＭ，Ｍ１〜Ｍ３を駆動させることが可能となる。これにより、水力発電装置Ａ１〜ＡＮの揺動をより長く持続させることができる。また、複数の水力発電装置Ａ１〜ＡＮを設けたため、より多くの電力を発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】実施の形態１による水力発電装置の前面からの外観構成図を示している。
【図２】図１に示す水力発電装置の側面からの外観構成図を示している。
【図３】図１に示す水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。
【図４】（ａ）はタンク部１１の上面図を示し、（ｂ）はタンク部１１の側面図を示し、（ｃ）はタンク部１１の正面図を示している。
【図５】タンク部に液体が収容された状態を示した図である。
【図６】図１に示すギアを拡大して示した図である。
【図７】図３に示す水車ユニットを拡大して示した図である。
【図８】図７に示す水車の外観図を示している。
【図９】実施の形態２における水力発電装置の内部構成を示した全体構成図である。
【図１０】タンク部の内部構成を示した図である。
【図１１】流量調整部の詳細な構成を示した図である。
【図１２】流量調整部の他の一例を示した図である。
【図１３】図１２に示す障壁部がスライドされる様子を示した図である。
【図１４】実施の形態３による水力発電システムの全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，２ 揺動体
３，４ 支持部
５，６ バランサー
９ 水車ユニット
１０ 発電機
１１，２１ タンク部
１４ 揺動軸
１５，２５ ギア
７，７１，７２，７３ 水車
９１，９２ 流路
１００ 流量調整部
８１１ 流通口
８２１ 流通口
ＢＡＴ バッテリー
ＢＳ 後空間
ＣＳ 中央空間
ＦＳ 前空間
ＬＤ 長手方向
Ｍ モータ
ＭＣ モータ制御部
Ｒ１ 障壁部
Ｔ 伝達部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する揺動体と、
前記揺動体がピッチ方向に揺動するように前記揺動体を支持する支持部と、
前記揺動体の内部に設けられ、前記揺動体が繰り返し揺動することで前記揺動体の長手方向を往復流動する液体からの圧力によって回転する水車と、
前記水車によって発電する発電機と、
前記発電機により発電された一部の電力により駆動され、前記揺動体のピッチ方向の振れ角が最大となったときに、前記揺動体に前記ピッチ方向への復元力を加えるモータと、
前記モータの復元力を前記揺動体に伝達する伝達部とを備えることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記揺動体は、第１及び第２の揺動体を備え、
前記第１の揺動体は、前記支持部により軸支される第１の揺動軸と、
前記第１の揺動軸に設けられた第１のギアとを備え、
前記第２の揺動体は、
前記支持部により軸支される第２の揺動軸と、
前記第２の揺動軸に設けられ、前記第１のギアに噛合された第２のギアとを備えることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記第１のギアと前記第２のギアとは歯数が異なることを特徴とする請求項２記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の揺動体は、前記長手方向に直交し、下側に向けて延設されたバランサーをそれぞれ備えることを特徴とする請求項２又は３記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記揺動体は、第１及び第２の仕切り板により前、中央、後の３つの空間に仕切られ、
前記第１の仕切り板は、前記前の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、
前記第２の仕切り板は、前記後の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、
前記水車は、前記前の空間と前記後の空間との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記前の空間と前記中央の空間との間、及び前記後の空間と前記中央の空間との間にそれぞれ設けられ、前記流通口を流れる液体の流量を調節するための流量調節部を更に備えることを特徴とする請求項５記載の水力発電装置。
【請求項７】
前記流量調節部は、
前記長手方向の両端に開口部が設けられた管状の筐体と、
前記筐体の内部において、前記揺動体の振れ角が増大するにつれて、前記中央の空間側の開口部に近づくようにスライド可能に設けられた障壁部とを備えることを特徴とする請求項６記載の水力発電装置。
【請求項８】
前記水車は、複数設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載された複数の水力発電装置と、
各水力発電装置により発電された電力を貯蔵するバッテリーとを備え、
各水力発電装置のモータは、前記バッテリーからの電力により駆動されることを特徴とする水力発電システム。
【請求項１】
液体を収容する揺動体と、
前記揺動体がピッチ方向に揺動するように前記揺動体を支持する支持部と、
前記揺動体の内部に設けられ、前記揺動体が繰り返し揺動することで前記揺動体の長手方向を往復流動する液体からの圧力によって回転する水車と、
前記水車によって発電する発電機と、
前記発電機により発電された一部の電力により駆動され、前記揺動体のピッチ方向の振れ角が最大となったときに、前記揺動体に前記ピッチ方向への復元力を加えるモータと、
前記モータの復元力を前記揺動体に伝達する伝達部とを備えることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記揺動体は、第１及び第２の揺動体を備え、
前記第１の揺動体は、前記支持部により軸支される第１の揺動軸と、
前記第１の揺動軸に設けられた第１のギアとを備え、
前記第２の揺動体は、
前記支持部により軸支される第２の揺動軸と、
前記第２の揺動軸に設けられ、前記第１のギアに噛合された第２のギアとを備えることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記第１のギアと前記第２のギアとは歯数が異なることを特徴とする請求項２記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の揺動体は、前記長手方向に直交し、下側に向けて延設されたバランサーをそれぞれ備えることを特徴とする請求項２又は３記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記揺動体は、第１及び第２の仕切り板により前、中央、後の３つの空間に仕切られ、
前記第１の仕切り板は、前記前の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、
前記第２の仕切り板は、前記後の空間の前記長手方向視の断面積が前記中央の空間に向けて小さくなるような楔形状を有し、前記楔形状の頂部に前記液体の流通口が形成され、
前記水車は、前記前の空間と前記後の空間との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記前の空間と前記中央の空間との間、及び前記後の空間と前記中央の空間との間にそれぞれ設けられ、前記流通口を流れる液体の流量を調節するための流量調節部を更に備えることを特徴とする請求項５記載の水力発電装置。
【請求項７】
前記流量調節部は、
前記長手方向の両端に開口部が設けられた管状の筐体と、
前記筐体の内部において、前記揺動体の振れ角が増大するにつれて、前記中央の空間側の開口部に近づくようにスライド可能に設けられた障壁部とを備えることを特徴とする請求項６記載の水力発電装置。
【請求項８】
前記水車は、複数設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載された複数の水力発電装置と、
各水力発電装置により発電された電力を貯蔵するバッテリーとを備え、
各水力発電装置のモータは、前記バッテリーからの電力により駆動されることを特徴とする水力発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１５１０９７（Ｐ２０１０−１５１０９７Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２８５１（Ｐ２００８−３３２８５１）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（３０２０２４１９１）株式会社マザーズ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（３０２０２４１９１）株式会社マザーズ (4)
【Ｆターム（参考）】
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