相反転クロスフロー型発電装置
【課題】従来に無い新規な相反転クロスフロー型発電装置を実現する。
【解決手段】水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車１１と、水流を受けて第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車１２と、第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される第１回転軸２１と、第２種翼車に係合して回転され、第１の回転軸の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸２２と、これら第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する１以上の磁石、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイルとを含む発電手段と、流入する水流を第１種翼車に向けて加速する第１のノズル４１と、流入する水流を第２種翼車に向けて加速する第２のノズル４２と、発電手段を水密に密閉するケーシング３１とを有することを特徴とする。
【解決手段】水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車１１と、水流を受けて第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車１２と、第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される第１回転軸２１と、第２種翼車に係合して回転され、第１の回転軸の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸２２と、これら第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する１以上の磁石、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイルとを含む発電手段と、流入する水流を第１種翼車に向けて加速する第１のノズル４１と、流入する水流を第２種翼車に向けて加速する第２のノズル４２と、発電手段を水密に密閉するケーシング３１とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、相反転クロスフロー型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力や風力のエネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電や風力発電は、地球資源を消費せず環境汚染を伴わない発電方式であり、地球環境の保全が重要視される昨今、その重要性が再認識されつつある。
特に、河川や落差のある水路に簡便に設置して水流を利用し、あるいは海中に設置して潮流を利用して比較的小規模の発電を行う簡易発電装置が、キャンプ等のレジャー用や、災害時のライフライン確保等の面から注目されつつある。
【０００３】
このような簡易発電装置は大別して、回転子の回転軸方向に水を流す「軸流型」のものと、回転子（ロータ）の回転軸を流れに交わる方向に設置する「クロスフロー型」とに分けられる。
【０００４】
軸流型の簡易発電装置は例えば特許文献１に開示されている。
クロスフロー型の簡易発電装置は例えば特許文献２に開示されている。
これら簡易発電装置による発電は、水流により翼車を回転させ、この翼車を回転子（ロータ）としてこれに固定的に設けた磁石と固定子（ステータ）に設けたコイルとの相対変位により、コイルに電圧を誘起させることにより行われるが、コイルに誘起される起電力が「コイルを横切る磁束の時間的な変化率」に比例し、この変化率が磁石とコイルとの相対速度に比例する点に鑑み、コイルを固定したステータと回転子とを「互いに逆向き」に回転させて起電力の増大を図る「軸流型の発電機」が非特許文献１に報告されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４８５３２
【特許文献２】特開２００３−１２０４９９
【非特許文献１】日本機会学会流体工学部門講演会講演概要集６０８頁「相反転方式水力発電機の開発」（２００３．９．１１〜２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、従来に無い新規な相反転クロスフロー型発電装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の相反転クロスフロー型発電装置は「水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置」であって、第１種翼車、第２種翼車、第１回転軸、第２回転軸、発電手段、第１および第２のノズル、ケーシングを有する（請求項１）。
「第１種翼車」は、水流を受けて第１の向きに回転する翼車である。
「第２種翼車」は、水流を受けて「第１の向きと逆の第２の向き」に回転する翼車である。
「第１回転軸」は、第１及び第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される。
【０００８】
「第２回転軸」は、第２種翼車に係合して回転され、第１の回転軸の内側に軸心方向に貫通されて設けられる。
「発電手段」は、第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する１以上の磁石、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイルとを含む。もちろん、磁石・コイルの相対的な位置関係は、磁石とコイルとの相対変位により、コイルに電圧を誘起させることができるように設定される。
【０００９】
「第１のノズル」は、流入する水流を第１種翼車に向けて加速する。
「第２のノズル」は、流入する水流を第２種翼車に向けて加速する。
「ケーシング」は、発電手段を水密に密閉する。
【００１０】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置は「第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、第１種翼車、第２種翼車を回転させた水流を排出させる排出口とを持つハウジング」を有することが好ましい（請求項２）。この場合において、ハウジングの排出口は「デフューザ形状」であることが好ましい（請求項３）。上記ハウジングは第１及び第２のノズルと一体でもよい。即ち、第１及び第２のノズルはハウジングの一部として構成することができる。
【００１１】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置は「第１および第２のノズルに向けて水流を加速する補助ノズル」を有することができる（請求項４）。
請求項１〜４の任意の１に記載の相反転クロスフロー型発電装置は「第１種翼車および第２種翼車の各翼が可動で、ノズルによる水流を受ける部位では翼車半径方向に立ち、水流を受けて軸を回転させたのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように態位を変化させる」構成とすることができる（請求項５）。
【００１２】
この請求項５記載の相反転クロスフロー型発電装置は、第１回転軸、第２回転軸に同軸に、第１種翼車および第２種翼車の翼の態位を変化させるカムを装置空間に固定的に設け、第１種翼車および第２種翼車の各翼を、その翼車半径方向の一部を軸支して揺動自在とし、翼車半径方向の一端部をカムフォロワとしてカムに従動する構成とすることができる（請求項６）。即ち、揺動自在な翼をカムにより態位変化させることにより「ノズルによる水流を受ける部位では翼車半径方向に立ち、水流を受けて軸を回転したのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝る」ようにするのである。カムは「第１種翼車、第２種翼車の軸側」に設けることもできる（請求項７）。
相反転クロスフロー型発電装置が「第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、第１、第２種翼車を回転させた水流を排出する排出口とを持つハウジング」を有する場合には、カムを「ハウジングの内壁に設ける」構成とすることもできる（請求項８）。請求項８において「ハウジングの内壁に設けられるカム」は、ハウジングの「内壁自体の形状で構成された固定カム」でもよい。
【００１３】
この場合も、ハウジングは第１及び第２のノズルと一体でもよく、第１及び第２のノズルをハウジングの一部として構成することができる。
【００１４】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置は、第１種翼車、第２種翼車が回転軸と同軸に「翼端部係止手段」を有し、第１種翼車、第２種翼車の各翼が「翼車半径方向の外端部側を軸支されて揺動自在」であり、水流による翼の揺動を翼端部係止手段により係止する構成であることもできる（請求項９）。
【００１５】
若干補足すると、第１種翼車は第１回転軸に係合し、水流を受けて第１の向きに回転することにより第１回転軸を回転させる。第２種翼車は第２回転軸に係合し、水流を受けて「第１の向きとは逆の第２の向き」に回転して第２回転軸を回転させる。第１種翼車・第２種翼車は上の如くに定義される翼車であり、その具体的な形態としては、第１種・第２種翼車とも単一の翼車で構成することもできるし、第１種・第２種翼車の一方もしくは双方を２以上の翼車で構成することもできる。
【００１６】
即ち、第１種翼車を例にとると、第１種翼車は「単一の翼車」で構成することもできるが、「第１回転軸に共通に固装され、水流を受けて第１の向きに回転する２以上の同種の翼車」により第１種翼車を構成することもできるのである。第２種翼車も同様である。
【００１７】
「発電手段」は、上述の如く、１以上の磁石と１以上のコイルとを含み、１以上の磁石は「第１回転軸および第２回転軸の一方」と一体的に回転し、コイルは他方と一体的に回転する。例えば、１以上の磁石が第１回転軸と一体に回転するならば、１以上のコイルは第２回転軸と一体的に回転する。この場合であれば、磁石の回転は前記「第１の向き」に生じ、コイルの回転は前記「第２の向き」に生じる。
【００１８】
磁石・コイルを、第１、第２回転軸の一方・他方と一体的に回転させるには、磁石やコイルを回転軸に直接的に固装してもよいが、例えば「フランジ状の支持手段」を回転軸に固定もしくは回転軸と一体に設け、これら支持手段に磁石やコイルを固定するようにしてもよい。このように、磁石やコイルを「支持手段を介して回転軸に固定」すると、磁石やコイルの回転速度が大きくなる。
【００１９】
即ち、第１回転軸（コイルと一体に回転するものとする。）の角速度を「Ｗ１」、第２回転軸（磁石と一体に回転するものとする。）の角速度を「−Ｗ２」とすれば、第１回転軸から見た第２回転軸の角速度は「Ｗ１＋Ｗ２」であり、支持手段を介して固定的に保持されたコイルの回転半径を「ｒ１」、磁石の回転半径を「ｒ２」とすると、両者の相対速度は「ｒ１・Ｗ１＋ｒ２・Ｗ２」となる。
【００２０】
回転半径：ｒ１、ｒ２が大きくなるほどコイル・磁石間の相対速度は大きくなり、コイルを横切る磁束の時間的変化も大きくなる。従って、磁石やコイルは、発電手段部分のサイズを過大にせず、翼車の回転が重くならない範囲で適宜に大きく設定するのがよい。
【００２１】
第１・第２回転軸と一体に回転させる磁石・コイルの数は、原理的にはそれぞれ１個で足りる。磁石・コイルの数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、実際上の観点からすれば２以上、例えば、脈動を減ずるためには５個以上が好ましい。
【００２２】
請求項２記載の相反転クロスフロー型発電装置のように「ハウジング」を有する場合には、請求項３のように、ハウジングの排出口は「デフューザ形状」であることが好ましい（請求項３）。
【００２３】
水流は、第１および第２のノズルにより流速を加速され、翼車を回転させたのち、ハウジングの排出口から排出されるのであるが、翼車を回転させたあとも、水流の流速はハウジング外部の流速よりも大きい値を保っており、このため、排出口に向かう水流の圧力水頭はハウジング外部の圧力水頭より低く、排出口を単なる開口としてハウジングに形成したのでは「翼車を回転させた後の水流」がハウジング外部へ排出されにくい。
【００２４】
従って、請求項３のように排出口を「デフューザ形状」として、この形状の作用により動圧を漸次弱めて圧力水頭を増大させることにより、翼車を回転させた後の水流をハウジング外部へ確実に排出することができる。
【００２５】
また、請求項４のように「補助ノズル」を用いることにより「より大きな流速をもった水流」を第１種・第２種翼車に供給でき、翼車の回転速度を増大させることができる。この場合にもハウジング排出口のデフューザ形状が有効に作用する。
【００２６】
この発明の「相反転クロスフロー型発電装置」は基本的に、装置全体を水流中に没して動作させることを想定しており、翼車の翼が「固定翼」であると、翼車が駆動用水流の作用を受けた後、再び水流の作用を受ける位置へ戻る部位では、水圧が抵抗力として作用する。従って、駆動用水流の作用を受けない「戻り部位」では、上記抵抗力をなるべく減ずるようにするのがよい。
【００２７】
請求項５のように、第１種翼車および第２種翼車の各翼を可動とし、ノズルによる水流を受ける部位では「翼車半径方向に立たせて水流を十分に受ける」ようにし、水流を受けて軸を回転させたのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では「水流に倣う方向に寝る」ように態位を変化させる構成とすることにより、戻り部位での抵抗を有効に減じて回転力を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上に説明したように、この発明によれば新規な「相反転クロスフロー型発電装置」を実現することができる。この「相反転クロスフロー型発電装置」はクロスフロー型であるので、翼車の翼形状が軸流型のものに比して単純な形状でよく、製造が容易であり、また相反転式であるので、大きな起電力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、実施の形態を説明する。
図１は「相反転クロスフロー型発電装置」の実施の１形態を説明するための図である。
【００３０】
図１（ａ）は、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見た概観図である。
【００３１】
図１（ａ）において、符号３１は発電手段を水密に密閉するケーシング、符号４１は第１のノズル、符号４２は第２のノズル、符号５０はハウジングを示している。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）は同じくｃ−ｃ断面図であり、図１（ｄ）は、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流出側から見た概観図である。
【００３２】
この実施の形態では、図１（ａ）、（ｄ）の左右方向のサイズが５００ｍｍ、高さ方向のサイズが３００ｍｍ、図１（ｂ）、（ｃ）の左右方向のサイズが７００ｍｍ程度である。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見ると、ケーシング３１とハウジング５０とが左右方向に並び、ハウジング５０には第１及び第２のノズル４１、４２が連結され、ケーシング３１は「発電手段」を水密に密閉している。水流は、図１（ａ）の図面に直交する方向において、図面の表側から裏側へ向かうように流れる。
【００３４】
図１（ｂ）において、符号１２は第２種翼車、符号２２は第２回転軸、符号５１はハウジング５０の排出口をそれぞれ示している。図１（ｃ）において、符号１１は第１種翼車、符号２１は第１回転軸をそれぞれ示している。これらの図に示されたように、第１のノズル４１、第２のノズル４２は、ハウジング５０の一部としてハウジング５０と一体に形成されている。
【００３５】
図１（ｃ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第１のノズル４１に流入する。第１のノズル４１は流入口から第１種翼車１１側の噴出口４１Ａへ向かって流路断面が狭くなっており、流入した水流ＷＩは、第１のノズル４１内を噴出口４１Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４１Ａから第１種翼車１１の翼１１１に向けて噴出し、第１種翼車１１を反時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５１から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第２のノズル４２に流入する。第２のノズル４２は流入口から第２種翼車１２側の噴出口４２Ａへ向かって流路断面が狭くなっており、流入した水流ＷＩは、第２のノズル４２内を噴出口４２Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４２Ａから第２種翼車１２の翼１２１に向けて噴出し、第２種翼車１２を時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５１から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３７】
図１（ｄ）に示すように、ハウジング５０内において、第１種翼車１１と第２種翼車１２とは、ハウジング５０の隔壁５２により分離され、各翼車を回転させる水流が互いに干渉しないようになっている。ハウジング５０に形成された排出口５１は、第１種翼車１１、第２主翼車１２を回転させた水流に対して共通に開口しており、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように「排出側端部に向かって断面積が漸増するデフューザ形状」となっている。
また、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、第１種翼車１１は第１回転軸２１に基部１１Ａを固定されており、第２種翼車１２は第２回転軸２２に基部１２Ａを固定されている。第１回転軸２１は中空シリンダ状であり、第２回転軸２２は第１回転軸１１の内側に、第１回転軸２１を軸心方向（図１（ｂ）、（ｃ）において図面に直交する方向）へ貫通するように設けられている。
【００３８】
これら第１回転軸２１、第２回転軸２２は相互に「軸心の周りに回転自在」に係合されており、第１回転軸２１は第１種翼車１１と一体に第１の向き（図１（ｃ）において反時計回り）に回転し、第２回転軸２２は第２種翼車１２と一体に第２の向き（図１（ｂ）において時計回り）に回転する。以下に説明するように、発電手段が有する１以上の磁石と１以上のコイルは、これら第１回転軸２１および第２回転軸一体的に回転する。
【００３９】
なお、第１種・第２種翼車の翼１１１、１２１は、図示の簡単のために平面状に描いてあるが、実際には、水流を有効に受けることができるように形成されていることは言うまでもない。
【００４０】
図２は、発電装置内部の様子を説明図的に示している。
図の如く、第１種翼車１１はその基部１１Ａを第１回転軸２１に固装され、第２種翼車１２はその基部１２Ａを第２回転軸２２に固装されている。
第１回転軸２１は中空であり、第２回転軸２２は第１回転軸２１の内側に軸心方向に貫通している。第１回転軸２１と第２回転軸２２との間は、水密性の軸受け２１０により結合され、第１回転軸２１と第２回転軸２２とが「互いに任意の回転方向へ回転自在」となっている。水密性の軸受け２１０は、例えば「撥水性の潤滑材」等である。
【００４１】
第１回転軸２１の図で左方の端部には、フランジ状の支持手段３００が一体的に設けられ、その半径方向端部に形成された中空シリンダ状の折り曲げ部の内周面に複数個の磁石３０１が周方向へ等間隔に固装されている。磁石の数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、例えば１０個〜３２個程度である。
【００４２】
一方、第２回転軸２２の図で左方の端部近傍には、フランジ状の支持手段３０３が、第２回転軸２２と一体に設けられ、その半径方向端部に形成された中空シリンダ状の折り曲げ部は、その外周面部分が支持手段３０３の折り曲げ部の内周面に対向し、この外周面部分に磁石３０１と対応する複数個のコイル３０４が固設されている。コイルの数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、例えば１０個〜３２個程度である。
【００４３】
コイル３０４は導線３０５により整流子３０６に連結され、この整流子３０６に摺接するブラシ３０７の電圧を、蓄電器３０８と負荷３０９に印加するようになっている。
【００４４】
フランジ状の支持手段３００、３０３、複数の磁石３０１、複数のコイル３０４、導線３０５、整流子３０６、ブラシ３０７は「発電手段」を構成し、ケーシング３１内に水密に密閉されている。なお、整流子とブラシからなるものに替えて、回転子と固定子を構成要素とするベアリングレスのものを用いることができる。
【００４５】
即ち、図１、図２に実施の形態を示す発電装置は、水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、水流を受けて第１の向き（図１（ｃ）において反時計回り）に回転する第１種翼車１１と、水流を受けて第１の向きと逆の第２の向き（図１（ｂ）において時計回り）に回転する第２種翼車１２と、第１および第２種翼車１１、１２に同軸で、第１種翼車１１に係合して回転される第１回転軸２１と、第２種翼車１２に係合して回転され、第１回転軸２１の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸２２と、これら第１回転軸２１および第２回転軸２２の一方と一体的に回転する１以上の磁石３０１、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイル３０４とを含む発電手段と、流入する水流ＷＩを第１種翼車１１に向けて加速する第１のノズル４１と、流入する水流ＷＩを第２種翼車１２に向けて加速する第２のノズル４２と、発電手段を水密に密閉するケーシング３１とを有する（請求項１）。
【００４６】
また、第１種翼車１１、第２種翼車１２を囲繞し、第１および第２のノズル４１、４２からの水流を受け入れる流入口４１Ａ、４２Ａと、第１種翼車１１、第２種翼車１２を回転させた水流ＷＥを排出させる排出口５１とを持つハウジング５０を有し（請求項２）、ハウジング５０の排出口５１はデフューザ形状である（請求項３）。
【００４７】
図３は、請求項４記載の相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を説明するための図である。
この実施の形態においては、図１、図２に即して上に実施の形態を説明した相反転クロスフロー型発電装置に、第１および第２のノズル４１、４２に向けて水流を加速する補助ノズル４００を有する（請求項４）。
補助ノズル４００は、水流ＷＩの流入口（図の左端部）から第１、第２のノズル４１、４２の流入口に連結する部分に向かって断面積が漸減しており、流入する水流ＷＩを加速させて第１、第２のノズル４１、４２に流入させる。補助ノズル４００は、相反転クロスフロー型発電装置の本体とは別体であって、例えば、相反転クロスフロー型発電装置本体水流の流速や落差が小さい部分に設置されるような場合に、第１、第２のノズル側に連結するように配設する。
【００４８】
第１、第２のノズル４１、４２の流入した水流は、各ノズル４１、４２により「更に加速され」て第１種・第２種翼車１１、１２に噴射される。これにより、図１、図２の実施の形態の場合よりもさらに「翼車の回転速度を増大させる」ことができる。
【００４９】
図４は、請求項５〜８に記載の相反転クロスフロー型発電装置の特徴部分を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものに付いては、図１、図２におけると同一の符号を付する。
【００５０】
図４（ａ）の形態は「第２種翼車の部分」を示している。第２回転軸２２に同軸に、第２種翼車の翼１２１の態位を変化させるカム１２２が装置空間に固定的に設けられ、翼１２１は、リング状の支持部材１２０に「翼車半径方向の一部を軸Ｊにより揺動自在に軸支され」ており、翼車半径方向の一端部をカムフォロワとしてカム１２２に従動させる構成となっている（請求項６）。
【００５１】
リング状の支持部材１２０は、図面に直交する方向へ１対設けられ、翼１２１の幅方向（図面に直交する方向）の両端部を軸支して「軸Ｊの周りに揺動自在」としている。支持部材１２０は第２回転軸２２と一体であり、第２回転軸２２を回転させる。
【００５２】
翼１２１は「翼車半径方向の一端部がカムフォロワとしてカム１２２に従動する」ことにより、水流Ｗ１を受ける部分（図４（ａ）の上の部分）では翼車半径方向に立ち、水流Ｗ１を受けて軸を回転させたのち、ノズルによる水流Ｗ１を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように揺動し、態位を変化させる。この態位変化により、水流Ｗ１を受ける部位では、水流Ｗ１を有効に受けて有効なトルクを発生させて第２回転軸を回転させるが、第２種翼車を回転させた水流Ｗ２が翼に作用しなくなると、翼１２１が水流に倣う方向に寝る態位となって抵抗を軽減させる（請求項５）。
【００５３】
図４（ｂ）の実施の形態においては、第２回転軸２２に一体化された１対のリング状の支持部材に翼１２１が、図４（ａ）の場合と同じく、「翼車半径方向の一部を軸Ｊにより揺動自在に軸支され」ている。
この形態においては、第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流Ｗ１を受け入れる流入口と、第１、第２種翼車を回転させた水流Ｗ２を排出する排出口とを持つハウジングを有し、翼１２１の揺動を制御するカム１２３は、ハウジングの内壁に設けられている（請求項８）。
【００５４】
水流Ｗ１は、翼１２１に流圧を作用させて支持部材１２０もろともに第２回転軸２２を回転させる。このとき、翼１２１が水流Ｗ１を有効に受ける部分では、翼車半径方向に立ち、水流を受けて軸２２を回転させたのち、再度水流Ｗ１を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように態位を変化させる。カム１２３は、翼１２１の翼車半径方向端部に作用して、上記態位変化を行わせるように翼１２１の揺動を制御する。
【００５５】
第１種翼車の翼の駆動も上記と同様である。
【００５６】
図４に実施の形態を示した層反転クロスフロー型発電機は、第１種・第２種翼車を、例えば、３００ｒｐｍ〜２４００ｒｐｍ程度で高速回転せる場合に有効である。
【００５７】
図５は、請求項９記載の相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を示している。煩雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものに付いては、図１、図２、図４におけると同一の符号を付する。
【００５８】
第２種翼車の回転につき説明すると、第２種翼車は、回転軸と同軸に１対の翼端部係止手段２３を有する。翼端部係止手段２３は、円板形状で第２回転軸２２に固装され、その周辺部に、複数の係止ピン２３０を等間隔に植設されている。
【００５９】
各翼１２１は、翼車半径方向の外端部側を、１対のリング状の支持部材１２０Ａに軸Ｊ１により軸支されて揺動自在であり、水流Ｗ１による翼の揺動を翼端部係止手段２３により係止されるようになっている。
【００６０】
水流Ｗ１は、翼１２１に流圧を作用させて支持部材１２０Ａもろともに第２回転軸２２を回転させる。このとき、翼１２１が水流Ｗ１を有効に受ける部分では、図示のごとく、翼１２１の自由端部側が係止ピン２３０に係止されることにより、翼車半径方向に立つが、水流Ｗ１を受けて軸２２を回転させたのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では翼１２１の係止ピン２３０による係止が解除され、欲１２１は「水流に倣う方向に寝る」ように態位を変化させ、この部位での水の提供を有効に軽減させる。
【００６１】
この型の形態は、第１種・第２種翼車を、例えば、８０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍ程度の回転速度で回転せる場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】図１の実施形態における発電手段の部分を説明するための図である。
【図３】請求項４記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図４】請求項５〜８記載の発明の実施の形態の特徴部分を説明するための図である。
【図５】請求項９記載の発明の実施の形態の特徴部分を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１ 第１種翼車
１２ 第２種翼車
２１ 第１回転軸
２２ 第２回転軸
３０ 発電手段
４１ 第１のノズル
４２ 第２のノズル
３１ ケーシング
【技術分野】
【０００１】
この発明は、相反転クロスフロー型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力や風力のエネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電や風力発電は、地球資源を消費せず環境汚染を伴わない発電方式であり、地球環境の保全が重要視される昨今、その重要性が再認識されつつある。
特に、河川や落差のある水路に簡便に設置して水流を利用し、あるいは海中に設置して潮流を利用して比較的小規模の発電を行う簡易発電装置が、キャンプ等のレジャー用や、災害時のライフライン確保等の面から注目されつつある。
【０００３】
このような簡易発電装置は大別して、回転子の回転軸方向に水を流す「軸流型」のものと、回転子（ロータ）の回転軸を流れに交わる方向に設置する「クロスフロー型」とに分けられる。
【０００４】
軸流型の簡易発電装置は例えば特許文献１に開示されている。
クロスフロー型の簡易発電装置は例えば特許文献２に開示されている。
これら簡易発電装置による発電は、水流により翼車を回転させ、この翼車を回転子（ロータ）としてこれに固定的に設けた磁石と固定子（ステータ）に設けたコイルとの相対変位により、コイルに電圧を誘起させることにより行われるが、コイルに誘起される起電力が「コイルを横切る磁束の時間的な変化率」に比例し、この変化率が磁石とコイルとの相対速度に比例する点に鑑み、コイルを固定したステータと回転子とを「互いに逆向き」に回転させて起電力の増大を図る「軸流型の発電機」が非特許文献１に報告されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４８５３２
【特許文献２】特開２００３−１２０４９９
【非特許文献１】日本機会学会流体工学部門講演会講演概要集６０８頁「相反転方式水力発電機の開発」（２００３．９．１１〜２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、従来に無い新規な相反転クロスフロー型発電装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の相反転クロスフロー型発電装置は「水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置」であって、第１種翼車、第２種翼車、第１回転軸、第２回転軸、発電手段、第１および第２のノズル、ケーシングを有する（請求項１）。
「第１種翼車」は、水流を受けて第１の向きに回転する翼車である。
「第２種翼車」は、水流を受けて「第１の向きと逆の第２の向き」に回転する翼車である。
「第１回転軸」は、第１及び第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される。
【０００８】
「第２回転軸」は、第２種翼車に係合して回転され、第１の回転軸の内側に軸心方向に貫通されて設けられる。
「発電手段」は、第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する１以上の磁石、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイルとを含む。もちろん、磁石・コイルの相対的な位置関係は、磁石とコイルとの相対変位により、コイルに電圧を誘起させることができるように設定される。
【０００９】
「第１のノズル」は、流入する水流を第１種翼車に向けて加速する。
「第２のノズル」は、流入する水流を第２種翼車に向けて加速する。
「ケーシング」は、発電手段を水密に密閉する。
【００１０】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置は「第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、第１種翼車、第２種翼車を回転させた水流を排出させる排出口とを持つハウジング」を有することが好ましい（請求項２）。この場合において、ハウジングの排出口は「デフューザ形状」であることが好ましい（請求項３）。上記ハウジングは第１及び第２のノズルと一体でもよい。即ち、第１及び第２のノズルはハウジングの一部として構成することができる。
【００１１】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置は「第１および第２のノズルに向けて水流を加速する補助ノズル」を有することができる（請求項４）。
請求項１〜４の任意の１に記載の相反転クロスフロー型発電装置は「第１種翼車および第２種翼車の各翼が可動で、ノズルによる水流を受ける部位では翼車半径方向に立ち、水流を受けて軸を回転させたのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように態位を変化させる」構成とすることができる（請求項５）。
【００１２】
この請求項５記載の相反転クロスフロー型発電装置は、第１回転軸、第２回転軸に同軸に、第１種翼車および第２種翼車の翼の態位を変化させるカムを装置空間に固定的に設け、第１種翼車および第２種翼車の各翼を、その翼車半径方向の一部を軸支して揺動自在とし、翼車半径方向の一端部をカムフォロワとしてカムに従動する構成とすることができる（請求項６）。即ち、揺動自在な翼をカムにより態位変化させることにより「ノズルによる水流を受ける部位では翼車半径方向に立ち、水流を受けて軸を回転したのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝る」ようにするのである。カムは「第１種翼車、第２種翼車の軸側」に設けることもできる（請求項７）。
相反転クロスフロー型発電装置が「第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、第１、第２種翼車を回転させた水流を排出する排出口とを持つハウジング」を有する場合には、カムを「ハウジングの内壁に設ける」構成とすることもできる（請求項８）。請求項８において「ハウジングの内壁に設けられるカム」は、ハウジングの「内壁自体の形状で構成された固定カム」でもよい。
【００１３】
この場合も、ハウジングは第１及び第２のノズルと一体でもよく、第１及び第２のノズルをハウジングの一部として構成することができる。
【００１４】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置は、第１種翼車、第２種翼車が回転軸と同軸に「翼端部係止手段」を有し、第１種翼車、第２種翼車の各翼が「翼車半径方向の外端部側を軸支されて揺動自在」であり、水流による翼の揺動を翼端部係止手段により係止する構成であることもできる（請求項９）。
【００１５】
若干補足すると、第１種翼車は第１回転軸に係合し、水流を受けて第１の向きに回転することにより第１回転軸を回転させる。第２種翼車は第２回転軸に係合し、水流を受けて「第１の向きとは逆の第２の向き」に回転して第２回転軸を回転させる。第１種翼車・第２種翼車は上の如くに定義される翼車であり、その具体的な形態としては、第１種・第２種翼車とも単一の翼車で構成することもできるし、第１種・第２種翼車の一方もしくは双方を２以上の翼車で構成することもできる。
【００１６】
即ち、第１種翼車を例にとると、第１種翼車は「単一の翼車」で構成することもできるが、「第１回転軸に共通に固装され、水流を受けて第１の向きに回転する２以上の同種の翼車」により第１種翼車を構成することもできるのである。第２種翼車も同様である。
【００１７】
「発電手段」は、上述の如く、１以上の磁石と１以上のコイルとを含み、１以上の磁石は「第１回転軸および第２回転軸の一方」と一体的に回転し、コイルは他方と一体的に回転する。例えば、１以上の磁石が第１回転軸と一体に回転するならば、１以上のコイルは第２回転軸と一体的に回転する。この場合であれば、磁石の回転は前記「第１の向き」に生じ、コイルの回転は前記「第２の向き」に生じる。
【００１８】
磁石・コイルを、第１、第２回転軸の一方・他方と一体的に回転させるには、磁石やコイルを回転軸に直接的に固装してもよいが、例えば「フランジ状の支持手段」を回転軸に固定もしくは回転軸と一体に設け、これら支持手段に磁石やコイルを固定するようにしてもよい。このように、磁石やコイルを「支持手段を介して回転軸に固定」すると、磁石やコイルの回転速度が大きくなる。
【００１９】
即ち、第１回転軸（コイルと一体に回転するものとする。）の角速度を「Ｗ１」、第２回転軸（磁石と一体に回転するものとする。）の角速度を「−Ｗ２」とすれば、第１回転軸から見た第２回転軸の角速度は「Ｗ１＋Ｗ２」であり、支持手段を介して固定的に保持されたコイルの回転半径を「ｒ１」、磁石の回転半径を「ｒ２」とすると、両者の相対速度は「ｒ１・Ｗ１＋ｒ２・Ｗ２」となる。
【００２０】
回転半径：ｒ１、ｒ２が大きくなるほどコイル・磁石間の相対速度は大きくなり、コイルを横切る磁束の時間的変化も大きくなる。従って、磁石やコイルは、発電手段部分のサイズを過大にせず、翼車の回転が重くならない範囲で適宜に大きく設定するのがよい。
【００２１】
第１・第２回転軸と一体に回転させる磁石・コイルの数は、原理的にはそれぞれ１個で足りる。磁石・コイルの数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、実際上の観点からすれば２以上、例えば、脈動を減ずるためには５個以上が好ましい。
【００２２】
請求項２記載の相反転クロスフロー型発電装置のように「ハウジング」を有する場合には、請求項３のように、ハウジングの排出口は「デフューザ形状」であることが好ましい（請求項３）。
【００２３】
水流は、第１および第２のノズルにより流速を加速され、翼車を回転させたのち、ハウジングの排出口から排出されるのであるが、翼車を回転させたあとも、水流の流速はハウジング外部の流速よりも大きい値を保っており、このため、排出口に向かう水流の圧力水頭はハウジング外部の圧力水頭より低く、排出口を単なる開口としてハウジングに形成したのでは「翼車を回転させた後の水流」がハウジング外部へ排出されにくい。
【００２４】
従って、請求項３のように排出口を「デフューザ形状」として、この形状の作用により動圧を漸次弱めて圧力水頭を増大させることにより、翼車を回転させた後の水流をハウジング外部へ確実に排出することができる。
【００２５】
また、請求項４のように「補助ノズル」を用いることにより「より大きな流速をもった水流」を第１種・第２種翼車に供給でき、翼車の回転速度を増大させることができる。この場合にもハウジング排出口のデフューザ形状が有効に作用する。
【００２６】
この発明の「相反転クロスフロー型発電装置」は基本的に、装置全体を水流中に没して動作させることを想定しており、翼車の翼が「固定翼」であると、翼車が駆動用水流の作用を受けた後、再び水流の作用を受ける位置へ戻る部位では、水圧が抵抗力として作用する。従って、駆動用水流の作用を受けない「戻り部位」では、上記抵抗力をなるべく減ずるようにするのがよい。
【００２７】
請求項５のように、第１種翼車および第２種翼車の各翼を可動とし、ノズルによる水流を受ける部位では「翼車半径方向に立たせて水流を十分に受ける」ようにし、水流を受けて軸を回転させたのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では「水流に倣う方向に寝る」ように態位を変化させる構成とすることにより、戻り部位での抵抗を有効に減じて回転力を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上に説明したように、この発明によれば新規な「相反転クロスフロー型発電装置」を実現することができる。この「相反転クロスフロー型発電装置」はクロスフロー型であるので、翼車の翼形状が軸流型のものに比して単純な形状でよく、製造が容易であり、また相反転式であるので、大きな起電力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、実施の形態を説明する。
図１は「相反転クロスフロー型発電装置」の実施の１形態を説明するための図である。
【００３０】
図１（ａ）は、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見た概観図である。
【００３１】
図１（ａ）において、符号３１は発電手段を水密に密閉するケーシング、符号４１は第１のノズル、符号４２は第２のノズル、符号５０はハウジングを示している。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）は同じくｃ−ｃ断面図であり、図１（ｄ）は、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流出側から見た概観図である。
【００３２】
この実施の形態では、図１（ａ）、（ｄ）の左右方向のサイズが５００ｍｍ、高さ方向のサイズが３００ｍｍ、図１（ｂ）、（ｃ）の左右方向のサイズが７００ｍｍ程度である。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、相反転クロスフロー型発電装置を水流の流入側から見ると、ケーシング３１とハウジング５０とが左右方向に並び、ハウジング５０には第１及び第２のノズル４１、４２が連結され、ケーシング３１は「発電手段」を水密に密閉している。水流は、図１（ａ）の図面に直交する方向において、図面の表側から裏側へ向かうように流れる。
【００３４】
図１（ｂ）において、符号１２は第２種翼車、符号２２は第２回転軸、符号５１はハウジング５０の排出口をそれぞれ示している。図１（ｃ）において、符号１１は第１種翼車、符号２１は第１回転軸をそれぞれ示している。これらの図に示されたように、第１のノズル４１、第２のノズル４２は、ハウジング５０の一部としてハウジング５０と一体に形成されている。
【００３５】
図１（ｃ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第１のノズル４１に流入する。第１のノズル４１は流入口から第１種翼車１１側の噴出口４１Ａへ向かって流路断面が狭くなっており、流入した水流ＷＩは、第１のノズル４１内を噴出口４１Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４１Ａから第１種翼車１１の翼１１１に向けて噴出し、第１種翼車１１を反時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５１から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、水流ＷＩは図の左方から第２のノズル４２に流入する。第２のノズル４２は流入口から第２種翼車１２側の噴出口４２Ａへ向かって流路断面が狭くなっており、流入した水流ＷＩは、第２のノズル４２内を噴出口４２Ａへ向かって流れつつ「流れの断面積」が小さくなることにより加速される。加速されて流速を増大された水流は、噴出孔４２Ａから第２種翼車１２の翼１２１に向けて噴出し、第２種翼車１２を時計回りに回転させたのち水流ＷＦとなり、排出口５１から排出されて水流ＷＯとなる。
【００３７】
図１（ｄ）に示すように、ハウジング５０内において、第１種翼車１１と第２種翼車１２とは、ハウジング５０の隔壁５２により分離され、各翼車を回転させる水流が互いに干渉しないようになっている。ハウジング５０に形成された排出口５１は、第１種翼車１１、第２主翼車１２を回転させた水流に対して共通に開口しており、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように「排出側端部に向かって断面積が漸増するデフューザ形状」となっている。
また、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、第１種翼車１１は第１回転軸２１に基部１１Ａを固定されており、第２種翼車１２は第２回転軸２２に基部１２Ａを固定されている。第１回転軸２１は中空シリンダ状であり、第２回転軸２２は第１回転軸１１の内側に、第１回転軸２１を軸心方向（図１（ｂ）、（ｃ）において図面に直交する方向）へ貫通するように設けられている。
【００３８】
これら第１回転軸２１、第２回転軸２２は相互に「軸心の周りに回転自在」に係合されており、第１回転軸２１は第１種翼車１１と一体に第１の向き（図１（ｃ）において反時計回り）に回転し、第２回転軸２２は第２種翼車１２と一体に第２の向き（図１（ｂ）において時計回り）に回転する。以下に説明するように、発電手段が有する１以上の磁石と１以上のコイルは、これら第１回転軸２１および第２回転軸一体的に回転する。
【００３９】
なお、第１種・第２種翼車の翼１１１、１２１は、図示の簡単のために平面状に描いてあるが、実際には、水流を有効に受けることができるように形成されていることは言うまでもない。
【００４０】
図２は、発電装置内部の様子を説明図的に示している。
図の如く、第１種翼車１１はその基部１１Ａを第１回転軸２１に固装され、第２種翼車１２はその基部１２Ａを第２回転軸２２に固装されている。
第１回転軸２１は中空であり、第２回転軸２２は第１回転軸２１の内側に軸心方向に貫通している。第１回転軸２１と第２回転軸２２との間は、水密性の軸受け２１０により結合され、第１回転軸２１と第２回転軸２２とが「互いに任意の回転方向へ回転自在」となっている。水密性の軸受け２１０は、例えば「撥水性の潤滑材」等である。
【００４１】
第１回転軸２１の図で左方の端部には、フランジ状の支持手段３００が一体的に設けられ、その半径方向端部に形成された中空シリンダ状の折り曲げ部の内周面に複数個の磁石３０１が周方向へ等間隔に固装されている。磁石の数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、例えば１０個〜３２個程度である。
【００４２】
一方、第２回転軸２２の図で左方の端部近傍には、フランジ状の支持手段３０３が、第２回転軸２２と一体に設けられ、その半径方向端部に形成された中空シリンダ状の折り曲げ部は、その外周面部分が支持手段３０３の折り曲げ部の内周面に対向し、この外周面部分に磁石３０１と対応する複数個のコイル３０４が固設されている。コイルの数は特に限定的でなく、適宜に選択できるが、例えば１０個〜３２個程度である。
【００４３】
コイル３０４は導線３０５により整流子３０６に連結され、この整流子３０６に摺接するブラシ３０７の電圧を、蓄電器３０８と負荷３０９に印加するようになっている。
【００４４】
フランジ状の支持手段３００、３０３、複数の磁石３０１、複数のコイル３０４、導線３０５、整流子３０６、ブラシ３０７は「発電手段」を構成し、ケーシング３１内に水密に密閉されている。なお、整流子とブラシからなるものに替えて、回転子と固定子を構成要素とするベアリングレスのものを用いることができる。
【００４５】
即ち、図１、図２に実施の形態を示す発電装置は、水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、水流を受けて第１の向き（図１（ｃ）において反時計回り）に回転する第１種翼車１１と、水流を受けて第１の向きと逆の第２の向き（図１（ｂ）において時計回り）に回転する第２種翼車１２と、第１および第２種翼車１１、１２に同軸で、第１種翼車１１に係合して回転される第１回転軸２１と、第２種翼車１２に係合して回転され、第１回転軸２１の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸２２と、これら第１回転軸２１および第２回転軸２２の一方と一体的に回転する１以上の磁石３０１、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイル３０４とを含む発電手段と、流入する水流ＷＩを第１種翼車１１に向けて加速する第１のノズル４１と、流入する水流ＷＩを第２種翼車１２に向けて加速する第２のノズル４２と、発電手段を水密に密閉するケーシング３１とを有する（請求項１）。
【００４６】
また、第１種翼車１１、第２種翼車１２を囲繞し、第１および第２のノズル４１、４２からの水流を受け入れる流入口４１Ａ、４２Ａと、第１種翼車１１、第２種翼車１２を回転させた水流ＷＥを排出させる排出口５１とを持つハウジング５０を有し（請求項２）、ハウジング５０の排出口５１はデフューザ形状である（請求項３）。
【００４７】
図３は、請求項４記載の相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を説明するための図である。
この実施の形態においては、図１、図２に即して上に実施の形態を説明した相反転クロスフロー型発電装置に、第１および第２のノズル４１、４２に向けて水流を加速する補助ノズル４００を有する（請求項４）。
補助ノズル４００は、水流ＷＩの流入口（図の左端部）から第１、第２のノズル４１、４２の流入口に連結する部分に向かって断面積が漸減しており、流入する水流ＷＩを加速させて第１、第２のノズル４１、４２に流入させる。補助ノズル４００は、相反転クロスフロー型発電装置の本体とは別体であって、例えば、相反転クロスフロー型発電装置本体水流の流速や落差が小さい部分に設置されるような場合に、第１、第２のノズル側に連結するように配設する。
【００４８】
第１、第２のノズル４１、４２の流入した水流は、各ノズル４１、４２により「更に加速され」て第１種・第２種翼車１１、１２に噴射される。これにより、図１、図２の実施の形態の場合よりもさらに「翼車の回転速度を増大させる」ことができる。
【００４９】
図４は、請求項５〜８に記載の相反転クロスフロー型発電装置の特徴部分を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものに付いては、図１、図２におけると同一の符号を付する。
【００５０】
図４（ａ）の形態は「第２種翼車の部分」を示している。第２回転軸２２に同軸に、第２種翼車の翼１２１の態位を変化させるカム１２２が装置空間に固定的に設けられ、翼１２１は、リング状の支持部材１２０に「翼車半径方向の一部を軸Ｊにより揺動自在に軸支され」ており、翼車半径方向の一端部をカムフォロワとしてカム１２２に従動させる構成となっている（請求項６）。
【００５１】
リング状の支持部材１２０は、図面に直交する方向へ１対設けられ、翼１２１の幅方向（図面に直交する方向）の両端部を軸支して「軸Ｊの周りに揺動自在」としている。支持部材１２０は第２回転軸２２と一体であり、第２回転軸２２を回転させる。
【００５２】
翼１２１は「翼車半径方向の一端部がカムフォロワとしてカム１２２に従動する」ことにより、水流Ｗ１を受ける部分（図４（ａ）の上の部分）では翼車半径方向に立ち、水流Ｗ１を受けて軸を回転させたのち、ノズルによる水流Ｗ１を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように揺動し、態位を変化させる。この態位変化により、水流Ｗ１を受ける部位では、水流Ｗ１を有効に受けて有効なトルクを発生させて第２回転軸を回転させるが、第２種翼車を回転させた水流Ｗ２が翼に作用しなくなると、翼１２１が水流に倣う方向に寝る態位となって抵抗を軽減させる（請求項５）。
【００５３】
図４（ｂ）の実施の形態においては、第２回転軸２２に一体化された１対のリング状の支持部材に翼１２１が、図４（ａ）の場合と同じく、「翼車半径方向の一部を軸Ｊにより揺動自在に軸支され」ている。
この形態においては、第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流Ｗ１を受け入れる流入口と、第１、第２種翼車を回転させた水流Ｗ２を排出する排出口とを持つハウジングを有し、翼１２１の揺動を制御するカム１２３は、ハウジングの内壁に設けられている（請求項８）。
【００５４】
水流Ｗ１は、翼１２１に流圧を作用させて支持部材１２０もろともに第２回転軸２２を回転させる。このとき、翼１２１が水流Ｗ１を有効に受ける部分では、翼車半径方向に立ち、水流を受けて軸２２を回転させたのち、再度水流Ｗ１を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように態位を変化させる。カム１２３は、翼１２１の翼車半径方向端部に作用して、上記態位変化を行わせるように翼１２１の揺動を制御する。
【００５５】
第１種翼車の翼の駆動も上記と同様である。
【００５６】
図４に実施の形態を示した層反転クロスフロー型発電機は、第１種・第２種翼車を、例えば、３００ｒｐｍ〜２４００ｒｐｍ程度で高速回転せる場合に有効である。
【００５７】
図５は、請求項９記載の相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を示している。煩雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものに付いては、図１、図２、図４におけると同一の符号を付する。
【００５８】
第２種翼車の回転につき説明すると、第２種翼車は、回転軸と同軸に１対の翼端部係止手段２３を有する。翼端部係止手段２３は、円板形状で第２回転軸２２に固装され、その周辺部に、複数の係止ピン２３０を等間隔に植設されている。
【００５９】
各翼１２１は、翼車半径方向の外端部側を、１対のリング状の支持部材１２０Ａに軸Ｊ１により軸支されて揺動自在であり、水流Ｗ１による翼の揺動を翼端部係止手段２３により係止されるようになっている。
【００６０】
水流Ｗ１は、翼１２１に流圧を作用させて支持部材１２０Ａもろともに第２回転軸２２を回転させる。このとき、翼１２１が水流Ｗ１を有効に受ける部分では、図示のごとく、翼１２１の自由端部側が係止ピン２３０に係止されることにより、翼車半径方向に立つが、水流Ｗ１を受けて軸２２を回転させたのち、ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では翼１２１の係止ピン２３０による係止が解除され、欲１２１は「水流に倣う方向に寝る」ように態位を変化させ、この部位での水の提供を有効に軽減させる。
【００６１】
この型の形態は、第１種・第２種翼車を、例えば、８０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍ程度の回転速度で回転せる場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】相反転クロスフロー型発電装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】図１の実施形態における発電手段の部分を説明するための図である。
【図３】請求項４記載の発明の実施の１形態を説明するための図である。
【図４】請求項５〜８記載の発明の実施の形態の特徴部分を説明するための図である。
【図５】請求項９記載の発明の実施の形態の特徴部分を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１ 第１種翼車
１２ 第２種翼車
２１ 第１回転軸
２２ 第２回転軸
３０ 発電手段
４１ 第１のノズル
４２ 第２のノズル
３１ ケーシング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、
水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車と、
水流を受けて上記第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車と、
上記第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される第１回転軸と、
上記第２種翼車に係合して回転され、上記第１の回転軸の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸と、
これら第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する１以上の磁石、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイルとを含む発電手段と、
流入する水流を上記第１種翼車に向けて加速する第１のノズルと、
流入する水流を上記第２種翼車に向けて加速する第２のノズルと、
上記発電手段を水密に密閉するケーシングとを有することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、上記第１種翼車、第２種翼車を回転させた水流を排出させる排出口とを持つハウジングを有することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項３】
請求項２記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
ハウジングの排出口がデフューザ形状であることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項４】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１および第２のノズルに向けて水流を加速する補助ノズルを有することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車の各翼が可動で、ノズルによる水流を受ける部位では翼車半径方向に立ち、上記水流を受けて軸を回転させたのち、上記ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように態位を変化させることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項６】
請求項５記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１回転軸、第２回転軸に同軸に、第１種翼車および第２種翼車の翼の態位を変化させるカムが装置空間に固定的に設けられ、
第１種翼車および第２種翼車の各翼が、その翼車半径方向の一部を軸支されて揺動自在であり、翼車半径方向の一端部をカムフォロワとして上記カムに従動することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項７】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
カムが、第１種翼車、第２種翼車の軸側に設けられていることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項８】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、上記第１、第２種翼車を回転させた水流を排出する排出口とを持つハウジングを有し、
カムが、上記ハウジングの内壁に設けられていることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項９】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車、第２種翼車は、回転軸と同軸に翼端部係止手段を有し、
上記第１種翼車、第２種翼車の各翼は、翼車半径方向の外端部側を軸支されて揺動自在であり、水流による翼の揺動を上記翼端部係止手段により係止する構成であることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項１】
水流に交わる方向に回転軸を持つクロスフロー型の発電装置であって、
水流を受けて第１の向きに回転する第１種翼車と、
水流を受けて上記第１の向きと逆の第２の向きに回転する第２種翼車と、
上記第１および第２種翼車に同軸で、第１種翼車に係合して回転される第１回転軸と、
上記第２種翼車に係合して回転され、上記第１の回転軸の内側に軸心方向に貫通された第２回転軸と、
これら第１回転軸および第２回転軸の一方と一体的に回転する１以上の磁石、及び、他方と一体的に回転する１以上のコイルとを含む発電手段と、
流入する水流を上記第１種翼車に向けて加速する第１のノズルと、
流入する水流を上記第２種翼車に向けて加速する第２のノズルと、
上記発電手段を水密に密閉するケーシングとを有することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、上記第１種翼車、第２種翼車を回転させた水流を排出させる排出口とを持つハウジングを有することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項３】
請求項２記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
ハウジングの排出口がデフューザ形状であることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項４】
請求項１または２または３記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１および第２のノズルに向けて水流を加速する補助ノズルを有することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車および第２種翼車の各翼が可動で、ノズルによる水流を受ける部位では翼車半径方向に立ち、上記水流を受けて軸を回転させたのち、上記ノズルによる水流を受ける部位に近づく部分では水流に倣う方向に寝るように態位を変化させることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項６】
請求項５記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１回転軸、第２回転軸に同軸に、第１種翼車および第２種翼車の翼の態位を変化させるカムが装置空間に固定的に設けられ、
第１種翼車および第２種翼車の各翼が、その翼車半径方向の一部を軸支されて揺動自在であり、翼車半径方向の一端部をカムフォロワとして上記カムに従動することを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項７】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
カムが、第１種翼車、第２種翼車の軸側に設けられていることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項８】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車、第２種翼車を囲繞し、第１および第２のノズルからの水流を受け入れる流入口と、上記第１、第２種翼車を回転させた水流を排出する排出口とを持つハウジングを有し、
カムが、上記ハウジングの内壁に設けられていることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【請求項９】
請求項６記載の相反転クロスフロー型発電装置において、
第１種翼車、第２種翼車は、回転軸と同軸に翼端部係止手段を有し、
上記第１種翼車、第２種翼車の各翼は、翼車半径方向の外端部側を軸支されて揺動自在であり、水流による翼の揺動を上記翼端部係止手段により係止する構成であることを特徴とする相反転クロスフロー型発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１７７７７６（Ｐ２００７−１７７７７６Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３８０３０１（Ｐ２００５−３８０３０１）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【出願人】（５９２２１４４５０）株式会社イースタン (17)
【出願人】（５０５２２７０４３）野村ユニソン株式会社 (25)
【出願人】（０００１９０１９４）信濃電気株式会社 (5)
【出願人】（５９３１７４８７０）高島産業株式会社 (24)
【出願人】（５０６００３９８９）株式会社タクト (4)
【出願人】（３９１００３８０８）有限会社八剣技研 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【出願人】（５９２２１４４５０）株式会社イースタン (17)
【出願人】（５０５２２７０４３）野村ユニソン株式会社 (25)
【出願人】（０００１９０１９４）信濃電気株式会社 (5)
【出願人】（５９３１７４８７０）高島産業株式会社 (24)
【出願人】（５０６００３９８９）株式会社タクト (4)
【出願人】（３９１００３８０８）有限会社八剣技研 (2)
【Ｆターム（参考）】
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