特許 6051498 発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6051498

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】発電システム

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/26 20060101AFI20161219BHJP

   F03B 17/06 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   F03B13/26

   F03B17/06

【請求項の数】4

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-129459(P2016-129459)

(22)【出願日】2016年6月29日

【審査請求日】2016年7月11日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】305004664

【氏名又は名称】加賀山 博

(74)【代理人】

【識別番号】100136146

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 明生

(72)【発明者】

【氏名】加賀山 博

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５１０５６５２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１２５０６３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 国際公開第２００７／０５５５５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第４３１３０５９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１０７９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８５５９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ １３／２６

Ｆ０３Ｂ １７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水底に係留された浮体と、
前記浮体に対し、水流の流れの方向に沿って往復移動が可能なように連結された複数の往復移動体と、
前記複数の往復移動体の各々に連結され、水流抵抗を生じる複数の抵抗体と、
前記複数の往復移動体の各々に設けられ、往復移動体に連結されている１以上の前記抵抗体を、水流に対する角度の変更および形状の変更の少なくとも一方により、大きい水流抵抗を生じる駆動状態と小さい水流抵抗を生じる非駆動状態との間で切り替える複数の切替機構と
を備え、
前記複数の切替機構は、前記複数の往復移動体のうち一部の往復移動体に連結された１以上の前記抵抗体を駆動状態とする間、他の往復移動体に連結された１以上の前記抵抗体を非駆動状態とし、
前記複数の往復移動体の各々に連結され、往復移動体の往復運動を、水流の上流側から下流側へと向かう直線の往路経路と、水流の下流側から上流側へと向かう直線の復路経路と、前記往路経路から前記復路経路へと向かう湾曲した下流側折返経路と、前記復路経路から前記往路経路へと向かう湾曲した上流側折返経路とを有する循環経路に沿った循環運動に変える複数のクランクと、
前記浮体の上に配置された発電装置と、
前記複数のクランクにより生じる循環運動による駆動力を前記発電装置のコイルの回転軸に伝達する動力伝達機構と
を備える発電システム。

【請求項2】

前記複数の往復移動体の間の水流の方向における位置関係が、１以上の往復移動体に連結された前記クランクの前記循環経路上を移動する連結点の位置が前記上流側折返経路内または前記下流側折返経路内にある間、他の１以上の往復移動体に連結された前記クランクの前記循環経路上を移動する連結点の位置が前記往路経路内にあるように調整されている
請求項１に記載の発電システム。

【請求項3】

前記複数の往復移動体の各々に関し、当該往復移動体に連結された前記クランクの前記循環経路上を移動する連結点の位置が前記上流折返経路内または前記下流折返経路内にあるときに当該連結点の移動速度が予め定められた閾値以下となるように当該往復移動体に抵抗を与え、当該抵抗の反作用により生じる力により発電を行う電気ブレーキを備える
請求項１または２に記載の発電システム。

【請求項4】

前記複数の往復移動体のうち１以上の往復移動体に連結された１以上の前記抵抗体は往復移動体に対し水流の下流側にロープ、チェーンおよび棒材のいずれか、もしくはロープ、チェーンおよび棒材のうちから選択された２以上の組み合わせを用いて連結されている
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は水流発電に関する。

【背景技術】

【0002】

持続可能なエネルギーの開発が求められている。河川や海の水流の力により発電を行う水流発電により得られる電力は、持続可能なエネルギーの一つとして注目されている。

【0003】

水流発電に関する技術として、例えば、本願発明者が行った発明に関する特許文献１がある。特許文献１に記載の発明にかかる流水発電装置は、大型の浮体構造物を海流や潮汐流の力で牽引させ、そのエネルギーを電気に変えるものである。この装置は、水流の上流側に移動したときに水流抵抗が大きくなり、下流側に移動したときに水流抵抗が小さくなるように水流に対する角度が切り替えられる塞止板を備え、水流抵抗が大きい状態の塞止板に生じる水流抵抗の反力により、浮揚体に配置された発電装置のコイルの回転軸を駆動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５１０５６５２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の発明においては、軸が鉛直方向の回転盤の円周面上に、水流の方向の左右及び中央に配置された一対の往復移動体の各々が端部に連結された駆動ベルトが掛けられており、左右または中央のいずれかの往復移動体の下流方向への移動に伴い、駆動ベルトがもう一方の往復移動体を上流方向へ引き上げる。これらの往復移動体の移動に伴い、中央の往復移動体に接続されたクランクが回転盤を回転させる。そして、回転盤の回転の力が歯車を介して発電装置のコイルの回転軸を回転させる。

【0006】

特許文献１に記載の発明にかかる水流発電装置は上記のような構造を備えるため、多くの構造上の制約がある。例えば、発電装置の位置が回転盤の中央近くに制限される。また、直径の大きな回転盤を要する。また、大きな直径の回転盤の回転を発電装置のコイルの回転軸に伝達するために複雑な動力伝達機構を要する。また、往復移動体の数を増やすことができない。

【0007】

本発明は、特許文献１に記載の発明にかかる水流発電装置と比べ、構造上の制約が少なく、同量の鋼材でより高い出力が可能な発電システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、
水底に係留された浮体と、
前記浮体に対し、水流の流れの方向に沿って往復移動が可能なように連結された複数の往復移動体と、
前記複数の往復移動体の各々に連結され、水流抵抗を生じる複数の抵抗体と、
前記複数の往復移動体の各々に設けられ、往復移動体に連結されている１以上の前記抵抗体を、水流に対する角度の変更および形状の変更の少なくとも一方により、大きい水流抵抗を生じる駆動状態と小さい水流抵抗を生じる非駆動状態との間で切り替える複数の切替機構と
を備え、
前記複数の切替機構は、前記複数の往復移動体のうち一部の往復移動体に連結された１以上の前記抵抗体を駆動状態とする間、他の往復移動体に連結された１以上の前記抵抗体を非駆動状態とし、
前記複数の往復移動体の各々に連結され、往復移動体の往復運動を、水流の上流側から下流側へと向かう直線の往路経路と、水流の下流側から上流側へと向かう直線の復路経路と、前記往路経路から前記復路経路へと向かう湾曲した下流側折返経路と、前記復路経路から前記往路経路へと向かう湾曲した上流側折返経路とを有する循環経路に沿った循環運動に変える複数のクランクと、
前記浮体の上に配置された発電装置と、
前記複数のクランクにより生じる循環運動による駆動力を前記発電装置のコイルの回転軸に伝達する動力伝達機構と
を備える発電システム
を第１の態様として提案する。

【0009】

上述した第１の態様において、
前記複数の往復移動体の間の水流の方向における位置関係が、１以上の往復移動体に連結された前記クランクの前記循環経路上を移動する連結点の位置が前記上流側折返経路内または前記下流側折返経路内にある間、他の１以上の往復移動体に連結された前記クランクの前記循環経路上を移動する連結点の位置が前記往路経路内にあるように調整されている
という構成が第２の態様として採用されてもよい。

【0010】

上述した第１または第２の態様において、
前記複数の往復移動体の各々に関し、当該往復移動体に連結された前記クランクの前記循環経路上を移動する連結点の位置が前記上流折返経路内または前記下流折返経路内にあるときに当該連結点の移動速度が予め定められた閾値以下となるように当該往復移動体に抵抗を与え、当該抵抗の反作用により生じる力により発電を行う電気ブレーキを備える
という構成が第３の態様として採用されてもよい。

【0011】

上述した第１乃至第３のいずれかの態様において、
前記複数の往復移動体のうち１以上の往復移動体に連結された１以上の前記抵抗体は往復移動体に対し水流の下流側にロープ、チェーンおよび棒材のいずれか、もしくはロープ、チェーンおよび棒材のうちから選択された２以上の組み合わせを用いて連結されている
という構成が第４の態様として採用されてもよい。

【発明の効果】

【0012】

上述した第１の態様によれば、往復移動体の往復運動が、水流の方向に細長い循環経路上を移動する循環運動に変えられた後、発電装置のコイルの回転軸へと伝達される。そのため、例えば１本のシャフトに多数の往復移動体による駆動力を集約するなど、柔軟な構成が可能となる。

【0013】

上述した第２の態様によれば、循環経路上を移動するクランクの連結点が移動方向を切り替える際に、他のクランクにより本来の移動方向へと駆動されるため、当該連結点が上死点または下死点を越えずに循環経路上を逆方向に移動してしまう、という問題が回避される。

【0014】

上述した第３の態様によれば、曲率の高い上流側折返経路または下流側折返経路を移動するクランクの連結点に過度の負荷がかかることが防止されるとともに、当該連結点の減速により失われる運動エネルギーが電力として回収される。

【0015】

上述した第４の態様によれば、往復移動体に対しフレーム等の剛性部材のみによって抵抗体を連結する場合と比較し、一般的に軽量かつ低コストで発電システムが実現されるとともに、水流の方向の変化等に対する高い耐久性が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施形態にかかる発電システムの上面図。

【図2A】一実施形態にかかる上流側アセンブリの上面図。

【図2B】一実施形態にかかる上流側アセンブリの右側面図。

【図3A】一実施形態にかかる中央アセンブリの上面図。

【図3B】一実施形態にかかる中央アセンブリの右側面図。

【図4A】一実施形態にかかるサブクランクアセンブリの構造を説明するための図。

【図4B】一実施形態にかかるサブクランクアセンブリの構造を説明するための図。

【図4C】一実施形態にかかるサブクランクアセンブリの構造を説明するための図。

【図4D】一実施形態にかかるサブクランクアセンブリの構造を説明するための図。

【図5A】一実施形態にかかる下流側アセンブリの往復運動に伴い循環ベルトが循環する様子を示した図。

【図5B】一実施形態にかかる下流側アセンブリの往復運動に伴い循環ベルトが循環する様子を示した図。

【図5C】一実施形態にかかる下流側アセンブリの往復運動に伴い循環ベルトが循環する様子を示した図。

【図5D】一実施形態にかかる下流側アセンブリの往復運動に伴い循環ベルトが循環する様子を示した図。

【図5E】一実施形態にかかる下流側アセンブリの往復運動に伴い循環ベルトが循環する様子を示した図。

【図5F】一実施形態にかかる下流側アセンブリの往復運動に伴い循環ベルトが循環する様子を示した図。

【図6】一実施形態にかかるクランクと循環ベルトの連結点の循環経路を示した図。

【図7A】一実施形態にかかる下流側アセンブリの上面図。

【図7B】一実施形態にかかる下流側アセンブリの右側面図。

【図8】一実施形態にかかる抵抗体の形状および当該抵抗体が保持される様子を示した図。

【図9A】一実施形態にかかる上流側ロープ駆動ユニットを示した図。

【図9B】一実施形態にかかる下流側ロープ駆動ユニットを示した図。

【図10】一実施形態にかかる抵抗体を軸棒の周りに回転駆動する構造を示した図。

【図11A】一実施形態にかかる抵抗体が駆動状態と非駆動状態の間で切り替わる様子を示した図。

【図11B】一実施形態にかかる抵抗体が駆動状態と非駆動状態の間で切り替わる様子を示した図。

【図11C】一実施形態にかかる抵抗体が駆動状態と非駆動状態の間で切り替わる様子を示した図。

【図12】一実施形態にかかる発電システムが備える電気ブレーキのブレーキングローラの配置を例示した図。

【図13】一変形例にかかる発電システムの上面図。

【図14A】一変形例にかかる発電システムの複数の駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【図14B】一変形例にかかる発電システムの複数の駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【図14C】一変形例にかかる発電システムの複数の駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【図14D】一変形例にかかる発電システムの複数の駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【図15】一変形例にかかる発電システムの上面図。

【図16A】一変形例にかかる補助駆動ユニットの上面図。

【図16B】一変形例にかかる補助駆動ユニットの右側面図。

【図17】一変形例にかかるフレームが補助駆動ユニットの抵抗体を保持する様子を示した図。

【図18A】一変形例にかかる発電システムが有する駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【図18B】一変形例にかかる発電システムが有する駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【図18C】一変形例にかかる発電システムが有する駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【図18D】一変形例にかかる発電システムが有する駆動ユニットにおける連結点の循環経路上の位置の関係を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［実施形態］
以下、本発明の一実施形態にかかる発電システム１を説明する。図１は発電システム１の上面図である。発電システム１は、例えば定常的に流速が速い海域に設置され、海流の力により発電するシステムである。発電システム１は、上流側アセンブリ１１、中央アセンブリ１２、下流側アセンブリ１３に区分される。

【0018】

図２Ａは上流側アセンブリ１１の上面図、図２Ｂは上流側アセンブリ１１の右側面図である。なお、本願において、基準となる方向を明記しない場合、右とは水流の上流側から下流側に向かった場合の右を意味する。また、本願において、基準となる方向を明記しない場合、左とは水流の下流側から上流側に向かった場合の左を意味する。

【0019】

上流側アセンブリ１１は、水面Ｗの上に浮かぶ偏平な円筒形状の浮揚体である上流側浮体１１１、海底Ｇに固定された複数のアンカー１１２、上流側浮体１１１と複数のアンカー１１２の各々とを連結する複数のロープ１１３、上流側浮体１１１に連結された連結プレート１１４を備える。ロープ１１３は、例えばワイヤロープである。アンカー１１２およびロープ１１３により、上流側浮体１１１および上流側浮体１１１に連結される中央アセンブリ１２および下流側アセンブリ１３は水底に係留され、概ね同じ場所に留まる。

【0020】

連結プレート１１４は上流側で上流側浮体１１１に連結され、下流側で中央アセンブリ１２に連結されている。上流側において、連結プレート１１４は上流側浮体１１１の円周に沿って移動可能に上流側浮体１１１に対し連結されている。図２Ｂにおいて破線で示される部分は上流側浮体１１１の底面側に配置された連結プレート１１４の一部をなす円盤状の部材で、上流側浮体１１１との間で鉛直方向を軸とする回転が可能な状態で上流側浮体１１１に対し連結されている。

【0021】

上記のように、中央アセンブリ１２は連結プレート１１４を介して上流側アセンブリ１１に対し、図２Ａにおいて両矢印で示すように回転可能であるため、中央アセンブリ１２および中央アセンブリ１２に連結される下流側アセンブリ１３は水流の方向の変化に応じて移動することができる。そのため、中央アセンブリ１２および下流側アセンブリ１３に不要な力が加わらない。

【0022】

図３Ａは中央アセンブリ１２の上面図、図３Ｂは中央アセンブリ１２の右側面図である。中央アセンブリ１２は、連結プレート１１４を介して上流側アセンブリ１１に連結された状態で水面Ｗの上に浮かぶ平板な中央浮体１２１、磁界内で回転するコイルにより電力を発生させる発電装置１２２、下流側アセンブリ１３の水流方向における往復運動の力を細長い循環経路に沿った循環運動に変えるクランクアセンブリ１２３Ｒおよびクランクアセンブリ１２３Ｌ、クランクアセンブリ１２３Ｒおよびクランクアセンブリ１２３Ｌにより生成される細長い循環経路に沿った循環運動を回転運動に変えて発電装置１２２へと伝達するミッションアセンブリ１２４、ミッションアセンブリ１２４を介してクランクアセンブリ１２３Ｒおよびクランクアセンブリ１２３Ｌに対し循環運動を補助する力を加える補助モータ１２５を備える。

【0023】

以下、クランクアセンブリ１２３Ｒおよびクランクアセンブリ１２３Ｌを区別しない場合、それらをクランクアセンブリ１２３と総称する。なお、以下の説明において、構成部の符号の末尾に「Ｌ」または「Ｒ」を付す場合、それらは左右一対の２個の同じ構成部のうち左側または右側に配置される構成部を意味する。それらの左右一対の２個の同じ構成部を区別しない場合、「Ｌ」および「Ｒ」を付加しない符号を用いる。

【0024】

発電装置１２２、クランクアセンブリ１２３、ミッションアセンブリ１２４、補助モータ１２５は中央浮体１２１の上に配置され、図３Ａおよび図３Ｂにおいて破線で示す壁および屋根で覆われている。そのため、発電装置１２２、クランクアセンブリ１２３、ミッションアセンブリ１２４、補助モータ１２５は水上において風雨にさらされることがない。

【0025】

クランクアセンブリ１２３Ｒは、サブクランクアセンブリ１２３１ＲＲとサブクランクアセンブリ１２３１ＲＬを備える。クランクアセンブリ１２３Ｌは、サブクランクアセンブリ１２３１ＬＲとサブクランクアセンブリ１２３１ＬＬを備える。これらのサブクランクアセンブリは同じ構成であり、以下、これらをサブクランクアセンブリ１２３１という。

【0026】

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄはサブクランクアセンブリ１２３１の構造を説明するための図である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにおいて、左上の図はサブクランクアセンブリ１２３１の上面図、右上の図は上面図に示される矢印Ｘの方向にサブクランクアセンブリ１２３１を見た図、左下の図は上面図に示される矢印Ｙの方向にサブクランクアセンブリ１２３１を見た図である。

【0027】

図４Ａに示されるように、サブクランクアセンブリ１２３１はスタンド１２３１１Ｒとスタンド１２３１１Ｌを備える。スタンド１２３１１Ｒの上流側にはローラ１２３１２Ｒが取り付けられている。ローラ１２３１２Ｒは、流れに対し左右方向に貫通し自由に回転するシャフトと、スタンド１２３１１Ｒを挟んで当該シャフトに取り付けられた左右２個のローラパッドを有する。

【0028】

スタンド１２３１１Ｒのローラ１２３１２Ｒより下流側には、４つのローラを含むローラ群１２３１３Ｒが取り付けられている。ローラ群１２３１３Ｒに含まれる４つのローラは、水流の方向の直線上に並べて配置されている。ローラ群１２３１３Ｒに含まれる４つのローラの各々は、スタンド１２３１１Ｒから流れに対し左方向に突出し自由に回転するシャフトと、当該シャフトに取り付けられたローラパッドを有する。

【0029】

スタンド１２３１１Ｌには、スタンド１２３１１Ｒのローラ１２３１２Ｒおよびローラ群１２３１３Ｒに対応するローラ１２３１２Ｌおよびローラ群１２３１３Ｌが取り付けられている。ただし、ローラ群１２３１３Ｌはスタンド１２３１１Ｌの右側に取り付けられている。

【0030】

図４Ｂに示されるように、ローラ１２３１２Ｒとローラ群１２３１３Ｒには循環ベルト１２３１４Ｒが取り付けられている。循環ベルト１２３１４Ｒの左側面上にはクランク１２３１６（後述）の上流側連結部に回転可能に連結される連結部１２３１５Ｒが取り付けられている。また、ローラ１２３１２Ｌとローラ群１２３１３Ｌには循環ベルト１２３１４Ｌが取り付けられている。循環ベルト１２３１４Ｌの右側面上にはクランク１２３１６（後述）の上流側連結部に回転可能に連結される連結部１２３１５Ｌが取り付けられている。

【0031】

図４Ｃに示されるように、連結部１２３１５Ｒと連結部１２３１５Ｌにはクランク１２３１６の上流側連結部が取り付けられる。既述のように、クランク１２３１６と連結部１２３１５Ｒ、および、クランク１２３１６と連結部１２３１５Ｌは回転可能に連結される。従って、クランク１２３１６の上流側連結部は、循環ベルト１２３１４Ｒおよび循環ベルト１２３１４Ｌの循環運動の経路に沿って上下方向に移動することができる。

【0032】

クランク１２３１６の下流側連結部には連結アーム１２３１７の上流側連結部が回転可能に連結されている。連結アーム１２３１７は下流側において下流側アセンブリ１３に連結されており、下流側アセンブリ１３の水流の方向に沿った往復運動に伴い往復運動する。

【0033】

連結アーム１２３１７の往復運動に伴い、クランク１２３１６を介して循環ベルト１２３１４Ｒおよび循環ベルト１２３１４Ｌが駆動され循環する。循環ベルト１２３１４Ｒおよび循環ベルト１２３１４Ｌが循環すると、ローラ１２３１２Ｒおよびローラ１２３１２Ｌが回転する。

【0034】

図４Ｄに示されるように、ローラ１２３１２Ｒの右側のローラパッドとシャフト１２４１（ミッションアセンブリ１２４の構成部）には循環ベルト１２３１８Ｒが掛け渡されている。また、ローラ群１２３１３Ｌの左側のローラパッドとシャフト１２４１には循環ベルト１２３１８Ｌが掛け渡されている。ローラ１２３１２Ｒおよびローラ１２３１２Ｌの回転は循環ベルト１２３１８Ｒおよび循環ベルト１２３１８Ｌを介してシャフト１２４１に伝達される。

【0035】

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆは、下流側アセンブリ１３の往復運動に伴い循環ベルト１２３１４が循環する様子を示した図である。図５Ａおよび図５Ｂは、下流側アセンブリ１３が上流側から下流側へと移動している間の状態を示している。下流側アセンブリ１３が上流側から下流側へと移動している状態は、下流側アセンブリ１３が水流の力を受けて自ら移動している状態である。従って、循環ベルト１２３１４は連結アーム１２３１７およびクランク１２３１６を介して、下流側アセンブリ１３の力により駆動されて循環する。

【0036】

図５Ｃは、クランク１２３１６と循環ベルト１２３１４の連結点が、循環ベルト１２３１４の下流側の端点（以下、下死点という）に至った状態を示している。

【0037】

図５Ｄと図５Ｅは、下流側アセンブリ１３が下流側から上流側へと移動している間の状態を示している。下流側アセンブリ１３が下流側から上流側へと移動している状態は、下流側アセンブリ１３がクランク１２３１６、連結アーム１２３１７、循環ベルト１２３１８を介してシャフト１２４１により駆動され、水流の力に逆らって移動している状態である。

【0038】

後述するように、クランクアセンブリ１２３Ｒの循環ベルト１２３１４が下流側アセンブリ１３により駆動される間（図５Ａ、図５Ｂ）は、クランクアセンブリ１２３Ｌの循環ベルト１２３１４がシャフト１２４１を介してクランクアセンブリ１２３Ｒの循環ベルト１２３１４から受ける力によって、下流側アセンブリ１３を駆動する（図５Ｄ、図５Ｅ）。また、クランクアセンブリ１２３Ｌの循環ベルト１２３１４が下流側アセンブリ１３により駆動される間（図５Ａ、図５Ｂ）は、クランクアセンブリ１２３Ｒの循環ベルト１２３１４がシャフト１２４１を介してクランクアセンブリ１２３Ｌの循環ベルト１２３１４から受ける力によって、下流側アセンブリ１３を駆動する（図５Ｄ、図５Ｅ）。

【0039】

図５Ｆは、クランク１２３１６と循環ベルト１２３１４の連結点が、循環ベルト１２３１４の上流側の端点（以下、上死点という）に至った状態を示している。

【0040】

図６はクランク１２３１６と循環ベルト１２３１４の連結点の循環経路Ｒを示した図である。循環経路Ｒは、水流の上流側から下流側へと向かう経路である往路経路ｒ１と、水流の下流側から上流側へと向かう経路である復路経路ｒ３と、往路経路ｒ１から復路経路ｒ３へと向かう下流側折返経路ｒ２と、復路経路ｒ３から往路経路ｒ１へと向かう上流側折返経路ｒ４を含んでいる。往路経路ｒ１および復路経路ｒ３は直線の経路である。下流側折返経路ｒ２および上流側折返経路ｒ４は半円を描く経路である。

【0041】

図７Ａは下流側アセンブリ１３の上面図、図７Ｂは下流側アセンブリ１３の右側面図である。なお、図７Ａにおいて、破線は中央浮体１２１の形状を示している。

【0042】

下流側アセンブリ１３は、各々が中央浮体１２１に設けられたレール（図示略）に沿って水流の方向にスライド可能に取り付けられた浮体である往復移動体１３１Ｒと往復移動体１３１Ｌを備える。往復移動体１３１Ｒおよび往復移動体１３１Ｌは、中央浮体１２１の下流側に設けられた凹部の内側側面に設けられた溝状のレールに、左右に設けられたフランジが挿入され、当該レールに沿って移動可能である。クランクアセンブリ１２３Ｒの連結アーム１２３１７は往復移動体１３１Ｒに連結されている。また、クランクアセンブリ１２３Ｌの連結アーム１２３１７は往復移動体１３１Ｌに連結されている。

【0043】

往復移動体１３１Ｒの下流側の底面下側には、水底に向かい延伸する全体として直方体形状のフレーム１３２Ｒが取り付けられている。フレーム１３２Ｒは多数の棒材を連結して組み上げた水流に対する抵抗が小さく剛性の高い構造物である。フレーム１３２Ｒは、往復移動体１３１Ｒの底面下側から下流側に斜め下方向に伸びる複数のロープ１３１１（例えば、ワイヤロープ）で往復移動体１３１Ｒに連結されている。このロープ１３１１により、フレーム１３２Ｒは水流を受けても、長手方向が概ね鉛直方向となる姿勢を保つことができる。

【0044】

往復移動体１３１Ｒの下流側には、水流の方向に対し横断する方向を長手方向とする細長い直方体形状の浮体である連結浮体１３３Ｒが配置されている。連結浮体１３３Ｒの底面下側には、水底に向かい延伸する全体として直方体形状のフレーム１３４Ｒが取り付けられている。フレーム１３４Ｒはフレーム１３２Ｒと同様の構造物である。

【0045】

連結浮体１３３Ｒの下流側には、水流の方向に対し横断する方向を長手方向とする細長い直方体形状の浮体である端部浮体１３５Ｒが配置されている。端部浮体１３５Ｒの底面下側には、水底に向かい延伸する全体として直方体形状のフレーム１３６Ｒが取り付けられている。フレーム１３６Ｒはフレーム１３２Ｒおよびフレーム１３４Ｒと同様の構造物である。

【0046】

フレーム１３２Ｒとフレーム１３４Ｒの間、および、フレーム１３４Ｒとフレーム１３６Ｒの間には、各々、上から見て水流の方向に５列、水流の方向に横断する方向に５列に並べられた計２５個の抵抗体１３７１の集まりである抵抗体群１３７Ｒが配置されている。抵抗体１３７１はフレーム１３２Ｒとフレーム１３４Ｒの間、または、フレーム１３４Ｒとフレーム１３６Ｒの間に掛け渡されたロープ（例えば、ワイヤロープ）により保持されている。

【0047】

図８は、抵抗体１３７１の形状を示すとともに、抵抗体１３７１がロープによって保持される様子を示した図である。抵抗体１３７１は、鉛直方向に細長い棒状体である軸棒１３７１１と、軸棒１３７１１から水平方向両側に突出する板状体である５枚のブレード１３７１２を備える。５枚のブレード１３７１２は平板な面の方向が揃っている。また、５枚のブレード１３７１２の各々は、平板な面が水流に沿った方向に配置された状態において、水流抵抗が小さくなるように、水平面で切った場合の断面形状が翼形状（先端および末端が中央に対し細い形状）をしている。

【0048】

軸棒１３７１１には、５枚のブレード１３７１２の上、間および下の部分において、リング１３８が取り付けられている。軸棒１３７１１はリング１３８の内側で回転可能である。リング１３８の各々には、上流側および下流側にロープ１３９が取り付けられている。ロープ１３９は、例えばワイヤロープである。或るリング１３８に一方の端部が取り付けられているロープ１３９の他方の端部は、水流の流れの方向において、当該リング１３８の上流側または下流側に隣接するフレーム１３２Ｒ、フレーム１３４Ｒ、フレーム１３６Ｒ、または他のリング１３８に連結されている。その結果、抵抗体１３７１は複数のリング１３８により軸棒１３７１１の長手方向が概ね鉛直方向となる姿勢で保持されるとともに、上から見て、フレーム１３２Ｒとフレーム１３４Ｒの間、または、フレーム１３４Ｒとフレーム１３６Ｒの間の所定位置に保持されることになる。

【0049】

図８には、抵抗体１３７１および抵抗体１３７１を保持するためのリング１３８およびロープ１３９に加え、収容ボックス１３０１とロープ１３０２が示されている。収容ボックス１３０１とロープ１３０２は以下に説明する切替機構１３０の構成部である。ロープ１３０２は、例えばワイヤロープである。

【0050】

図７Ａおよび図７Ｂを参照しつつ、下流側アセンブリ１３の説明を続ける。下流側アセンブリ１３は、上述した往復移動体１３１Ｒの下流側に連結されたフレーム１３２Ｒ、連結浮体１３３Ｒ、フレーム１３４Ｒ、端部浮体１３５Ｒ、フレーム１３６Ｒ、抵抗体群１３７Ｒと同様の構成部であり、往復移動体１３１Ｌの下流側に連結されたフレーム１３２Ｌ、連結浮体１３３Ｌ、フレーム１３４Ｌ、端部浮体１３５Ｌ、フレーム１３６Ｌ、抵抗体群１３７Ｌを備える。

【0051】

下流側アセンブリ１３は、さらに、抵抗体群１３７Ｒに含まれる２５本の抵抗体１３７１を軸棒１３７１１周りに回転させて、ブレード１３７１２の平板な面が水流の方向に沿った状態となり、抵抗体１３７１に生じる水流抵抗が小さい状態である非駆動状態と、ブレード１３７１２の平板な面が水流の方向に対し所定の角度（例えば９０度）をなし、抵抗体１３７１に生じる水流抵抗が大きい状態である駆動状態のいずれかに切り替える切替機構１３０Ｒを備える。また、下流側アセンブリ１３は、抵抗体群１３７Ｌに含まれる２５本の抵抗体１３７１を軸棒１３７１１周りに回転させて非駆動状態と駆動状態のいずれかに切り替える切替機構１３０Ｌを備える。

【0052】

図９Ａは切替機構１３０の構成部である上流側ロープ駆動ユニット１３０３を示した図である。図９Ａにおいて実線で示される部分が上流側ロープ駆動ユニット１３０３である。図９Ａの上の図は上流側ロープ駆動ユニット１３０３の上面図であり、図９Ａの左下の図は上流側ロープ駆動ユニット１３０３の右側面図であり、図９Ａの右下の図は右側面図に示す矢印Ｚの方向に見た上流側ロープ駆動ユニット１３０３の図である。

【0053】

上流側ロープ駆動ユニット１３０３は、抵抗体１３７１を非駆動状態にしたい場合に上流側に移動し、抵抗体１３７１を駆動状態にしたい場合に下流側に移動する移動装置１３０３１Ｒおよび移動装置１３０３１Ｌ、移動装置１３０３１Ｒから下流側に延伸するアーム１３０３２Ｒ、移動装置１３０３１Ｌから下流側に延伸するアーム１３０３２Ｌ、アーム１３０３２Ｒとアーム１３０３２Ｌに取り付けられたシフトバー１３０３３、シフトバー１３０３３の下面から下方に延伸する５本のロープ連結バー１３０３４を備える。

【0054】

５本のロープ連結バー１３０３４の各々は、水流の方向に横断する方向において抵抗体１３７１の位置に応じた位置に配置されており、５本のロープ連結バー１３０３４の各々の下流側側面には、対応する位置の抵抗体１３７１を軸棒１３７１１の周りに回転駆動するためのロープ１３０２の端部が連結されている。

【0055】

図９Ｂは切替機構１３０の構成部である下流側ロープ駆動ユニット１３０４を示した図である。図９Ｂにおいて実線で示される部分が下流側ロープ駆動ユニット１３０４である。図９Ｂの上の図は下流側ロープ駆動ユニット１３０４の上面図であり、図９Ｂの左下の図は下流側ロープ駆動ユニット１３０４の右側面図であり、図９Ｂの右下の図は右側面図に示す矢印Ｚの方向に見た下流側ロープ駆動ユニット１３０４の図である。

【0056】

下流側ロープ駆動ユニット１３０４は、抵抗体１３７１を駆動状態にしたい場合に上流側に移動し、抵抗体１３７１を非駆動状態にしたい場合に下流側に移動する移動装置１３０４１Ｒおよび移動装置１３０４１Ｌ、移動装置１３０４１Ｒから下流側に延伸するアーム１３０４２Ｒ、移動装置１３０４１Ｌから下流側に延伸するアーム１３０４２Ｌ、アーム１３０４２Ｒとアーム１３０４２Ｌに取り付けられたシフトバー１３０４３、シフトバー１３０４３の下面から下方に延伸する５本のロープ連結バー１３０４４を備える。

【0057】

５本のロープ連結バー１３０４４の各々は、水流の方向に横断する方向において抵抗体１３７１の位置に応じた位置に配置されており、５本のロープ連結バー１３０４４の各々の下流側側面には、対応する位置の抵抗体１３７１を軸棒１３７１１の周りに回転駆動するためのロープ１３０２の端部が連結されている。

【0058】

図１０は、上流側ロープ駆動ユニット１３０３および下流側ロープ駆動ユニット１３０４により移動されるロープ１３０２によって、抵抗体１３７１を軸棒１３７１１の周りに回転駆動する構造を示した図である。図１０は図８に示した収容ボックス１３０１を取り外した状態を示している。収容ボックス１３０１にはラック１３０５Ｒとラック１３０５Ｌが収容されている。ラック１３０５Ｒの両端およびラック１３０５Ｌの両端にはロープ１３０２が取り付けられている。

【0059】

ラック１３０５Ｒとラック１３０５Ｌは軸棒１３７１１の頭頂部に固定されたピニオン１３０６を左右から挟み込む位置に配置されている。その状態で、ラック１３０５Ｒおよびラック１３０５Ｌの歯とピニオン１３０６の歯が噛み合っている。従って、ラック１３０５Ｒが上流側に移動するとともにラック１３０５Ｌが下流側に移動すると、抵抗体１３７１が軸棒１３７１１の軸周りに上から見て時計回りに回転される。また、ラック１３０５Ｒが下流側に移動するとともにラック１３０５Ｌが上流側に移動すると、抵抗体１３７１が軸棒１３７１１の軸周りに上から見て反時計回りに回転される。

【0060】

上流側ロープ駆動ユニット１３０３のロープ連結バー１３０３４に一方の端部が連結されたロープ１３０２は往復移動体１３１の上に配置されている収容ボックス１３０１に収容された位置決め用の定滑車１３０７（図９Ａ、図９Ｂ参照）の一方の側面を通って下流方向へと延び、下流側に隣接する収容ボックス１３０１に収容されているラック１３０５Ｒの上流側に連結されている。当該ラック１３０５Ｒの下流側には別のロープ１３０２の一方の端部が連結されており、当該ロープ１３０２はさらに下流側の収容ボックス１３０１に収容されるラック１３０５Ｒの上流側に連結されている。このように、互いに隣接する収容ボックス１３０１に収容されているラック１３０５Ｒは互いにロープ１３０２により連結されている。

【0061】

最も下流側の抵抗体１３７１の頭頂部に配置されている収容ボックス１３０１に収容されているラック１３０５Ｒの下流側に連結されたロープ１３０２は端部浮体１３５の上に配置されている収容ボックス１３０１に収容された定滑車１３０８（図９Ａ、図９Ｂ参照）の側面に沿って１８０度方向を変えて、下流側から上流側へと延伸し、その端部が最も下流側の抵抗体１３７１の頭頂部に配置されている収容ボックス１３０１に収容されているラック１３０５Ｌの下流側に連結されている。当該ラック１３０５Ｌの上流側の端部には別のロープ１３０２が連結されており、当該ロープ１３０２の他方の端部は、上流側に隣接する収容ボックス１３０１に収容されているラック１３０５Ｌの下流側に連結されている。このように、互いに隣接する収容ボックス１３０１に収容されているラック１３０５Ｌは互いにロープ１３０２により連結されている。

【0062】

最も上流側の端部浮体１３５の上に配置されている収容ボックス１３０１に収容されているラック１３０５Ｌの上流側に一方の端部が連結されているロープ１３０２は、往復移動体１３１の上に配置されている収容ボックス１３０１に収容された位置決め用の定滑車１３０７の一方の側面を通って上流方向へと延び、下流側ロープ駆動ユニット１３０４のロープ連結バー１３０４４に他方の端部が連結されている。

【0063】

上記のように上流側ロープ駆動ユニット１３０３と下流側ロープ駆動ユニット１３０４との間でロープ１３０２を介して互いに連結されたラック１３０５Ｒおよびラック１３０５Ｌは、移動装置１３０３１と移動装置１３０４１の移動に伴い水流の方向に沿って逆方向に移動し複数の抵抗体１３７１を同時に回転させる。

【0064】

図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、移動装置１３０３１と移動装置１３０４１の移動に伴い、抵抗体１３７１が駆動状態と非駆動状態の間で切り替わる様子を示した図である。図１１Ａは移動装置１３０３１が移動可能範囲における最も下流側に位置し、移動装置１３０４１が移動可能範囲における最も上流側に位置した状態を示している。この状態において、抵抗体１３７１は駆動状態である。

【0065】

図１１Ｂは移動装置１３０３１および移動装置１３０４１が各々の移動可能範囲における中間点に位置した状態を示している。この状態において、抵抗体１３７１は駆動状態と非駆動状態の間の状態（切り替わりの途中の状態）である。

【0066】

図１１Ｃは移動装置１３０３１が移動可能範囲における最も上流側に位置し、移動装置１３０４１が移動可能範囲における最も下流側に位置した状態を示している。この状態において、抵抗体１３７１は非駆動状態である。

【0067】

なお、互いに隣接する移動装置１３０３１と移動装置１３０４１は移動する際、それらの移動方向が逆で移動速度が等しい必要がある。そのため、互いに隣接する移動装置１３０３１と移動装置１３０４１の間には複数のピニオンを含むピニオン群１３０９が配置されている。移動装置１３０３１の左側面と移動装置１３０４１の右側面にはラックが取り付けられており、当該ラックの歯がピニオン群１３０９に含まれるピニオンの歯と噛み合わされている。その結果、互いに隣接する移動装置１３０３１と移動装置１３０４１の移動方向は常に逆方向となり、かつ、それらの移動速度が等しくなる。

【0068】

移動装置１３０３１と移動装置１３０４１は、図示せぬ制御装置の制御に従い、それらが配置されている往復移動体１３１に連結アーム１２３１７を介して連結されているクランク１２３１６の循環ベルト１２３１４との連結点が概ね循環経路Ｒの上死点に達するタイミングで抵抗体１３７１を駆動状態とする位置へ移動する。また、移動装置１３０３１と移動装置１３０４１は、当該連結点が概ね循環経路Ｒの下死点に達するタイミングで抵抗体１３７１を非駆動状態とする位置へ移動する。

【0069】

駆動状態となった抵抗体１３７１は大きな水流抵抗を生じ、その反作用による力によって上流側から下流側へと往復移動体１３１を牽引する。非駆動状態となった抵抗体１３７１は小さい水流抵抗を生じながら下流側から上流側へと往復移動体１３１により牽引される。なお、非駆動状態となった抵抗体１３７１を下流側から上流側へと牽引する力は、他の往復移動体１３１に連結された駆動状態の抵抗体１３７１が水流から受ける力の一部が、ミッションアセンブリ１２４のシャフト１２４１を介して伝達されたものである。

【0070】

なお、駆動状態の抵抗体１３７１の下流側の直後領域には水流に淀みが生じるが、さらに下流側の領域においてその淀みは周囲の水流の影響によって解消する。駆動状態の抵抗体１３７１の各々は淀みのない水流からより大きい力を受けることが望ましい。従って、上流側から下流側へと連なる複数の抵抗体１３７１の間には、駆動状態において上流側に隣接する抵抗体１３７１により生じた水流の淀みが一定以上解消するために必要な距離の間隔が確保されている。

【0071】

なお、上述したロープ１３０２、上流側ロープ駆動ユニット１３０３、下流側ロープ駆動ユニット１３０４、ラック１３０５、ピニオン１３０６、定滑車１３０７、定滑車１３０８、ピニオン群１３０９が切替機構１３０の構成部である。

【0072】

上記のように、駆動状態と非駆動状態の間で交互に切り替えられる抵抗体群１３７Ｒが連結された往復移動体１３１Ｒと、抵抗体群１３７Ｒとは逆のタイミングで駆動状態と非駆動状態の間で交互に切り替えられる抵抗体群１３７Ｌが連結された往復移動体１３１Ｌは、互いに逆の位相で往復運動を行う。

【0073】

往復移動体１３１の往復運動は、上述したクランクアセンブリ１２３により循環経路Ｒに沿った循環運動に変えられる。当該循環運動は、ローラ１２３１２に回転運動として伝達される。ローラ１２３１２の回転運動は、循環ベルト１２３１８によりミッションアセンブリ１２４を介して発電装置１２２に伝達される。

【0074】

図３Ａを参照しつつ、ミッションアセンブリ１２４の構成を説明する。ミッションアセンブリ１２４は、循環ベルト１２３１８を介してローラ１２３１２（図４Ｃ参照）と連動して回転するシャフト１２４１と、シャフト１２４１の回転運動を発電装置１２２のコイルの回転軸１２２１に伝達する循環ベルト１２４２を備える。

【0075】

ミッションアセンブリ１２４はさらに、補助モータ１２５の回転軸とシャフト１２４１とに掛け渡された循環ベルト１２４３を備える。補助モータ１２５は、図示せぬ制御装置の制御に従い、クランク１２３１６と循環ベルト１２３１４の連結点が概ね上死点または下死点に達したタイミングで動作し、シャフト１２４１に駆動力を加える。

【0076】

この補助モータ１２５からシャフト１２４１に加えられる駆動力は、回転速度が低下したシャフト１２４１の回転方向が逆方向に転じることを防止するためのものである。すなわち、クランク１２３１６と循環ベルト１２３１４の連結点が上死点に達した際、補助モータ１２５がシャフト１２４１に加える駆動力が循環ベルト１２３１４へと伝達されることで、連結点が復路経路ｒ３に沿って下流側へと逆行する不都合が生じない。また、クランク１２３１６と循環ベルト１２３１４の連結点が下死点に達した際、補助モータ１２５がシャフト１２４１に加える駆動力が循環ベルト１２３１４へと伝達されることで、連結点が往路経路ｒ１に沿って上流側へと逆行する不都合が生じない。なお、補助モータ１２５に代えて、フライホイールが用いられてもよい。

【0077】

発電装置１２２により発電された電力は離島などで使用される海底ケーブル等の送電線（図示略）を介して電力利用地へと送電される。なお、発電装置１２２により発電された電力の一部は、補助モータ１２５の運転、移動装置１３０３１および移動装置１３０４１の運転等に用いられる。

【0078】

上述したように、循環経路Ｒの下流側折返経路ｒ２および上流側折返経路ｒ４は大きな曲率で湾曲している。そのため、発電システム１は、クランク１２３１６と循環ベルト１２３１４の連結点が下流側折返経路ｒ２内または上流側折返経路ｒ４内にあるときに、当該連結点に過大な力が加わらないように、往復移動体１３１が移動可能範囲の最も下流側の位置に近付く直前に往復移動体１３１の移動速度を低下させる電気ブレーキを備える。

【0079】

図１２は、発電システム１が備える電気ブレーキが備える複数の回転軸に取り付けられた複数のブレーキングローラを含むブレーキングローラ群１２６の配置を例示した図である。ブレーキングローラ群１２６に含まれるブレーキングローラは、側方を往復移動体１３１が上流側から下流側に移動する際に当該往復移動体１３１の側面に接触し抵抗を与え、往復移動体１３１の移動速度を低下させる。ブレーキングローラ群１２６に含まれるブレーキングローラが往復移動体１３１に与える抵抗の反作用により生じる力は、電力ブレーキにおいて発電に用いられる。すなわち、往復移動体１３１から受ける力により回転駆動される電気ブレーキの回転軸には磁場内に置かれたコイルが取り付けられており、発電が行われる。電気ブレーキにより発電された電力は、例えば、抵抗体１３７１の駆動状態と非駆動状態を切り替える電力として利用される。

【0080】

以上説明したように、発電システム１によれば、水流の力により異なる位相で往復運動を行う往復移動体１３１の運動エネルギーによって発電が行われる。発電システム１においては、複数の往復移動体１３１の往復運動がシャフト１２４１により循環経路Ｒに沿った循環運動に変えられ、さらに回転運動に変えられた後、当該回転運動の力が循環ベルト１２３１８を介して、水平方向に配置されたシャフト１２４１に対し伝達される。そのため、発電システム１の設計の時点において、例えばシャフト１２４１の長さや位置を調整することで、複数の往復移動体１３１の各々の配置を柔軟に変更することができる。

【0081】

［変形例］
上述した実施形態は本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形が可能である。以下にそれらの変形の例を示す。なお、以下に示す変形例の複数が組み合わされてもよい。

【0082】

（１）上述した実施形態にかかる発電システム１が備える構成部の数および配置は様々に変更可能である。例えば、発電システム１が備える抵抗体１３７１は５枚のブレード１３７１２を備えるが、ブレード１３７１２の数は５枚に限られず、４枚以下または６枚以上であってもよい。

【0083】

また、発電システム１は、往復移動体１３１Ｒおよび往復移動体１３１Ｌの各々の下流側には水流の方向に５列、水流の方向に横断する方向に５列、に並べられた計２５個の抵抗体１３７１を、水流の方向に２セット、備えている。これらの列数およびセット数は様々に変更可能である。

【0084】

また、発電システム１は、シャフト１２４１を駆動するユニット（往復移動体１３１と、往復移動体１３１の上流側に連結されるクランクアセンブリ１２３等と、往復移動体１３１の下流側に連結される抵抗体群１３７等とにより構成されるユニット。以下、駆動ユニットという）を２つ備える。本発明にかかる発電システムが備える駆動ユニットの数は２つに限られず、３以上のいずれの数であってもよい。

【0085】

図１３はこの変形例の一例にかかる発電システム２の上面図である。図１３において、発電システム２が発電システム１と共通して備える構成部には発電システム１における符号と同じ符号が付されている。また、図１３において、往復移動体の下流側に連結される構成部に関しては、図の簡略化のため破線の矩形で示されている。

【0086】

発電システム２は、８つの駆動ユニット、すなわち、右側から順に駆動ユニット２０１Ｒ１、駆動ユニット２０１Ｒ２、駆動ユニット２０１Ｒ３、駆動ユニット２０１Ｒ４、駆動ユニット２０１Ｌ４、駆動ユニット２０１Ｌ３、駆動ユニット２０１Ｌ２、駆動ユニット２０１Ｌ１を備える。発電システム２は、システム１の中央浮体１２１に代えて、これらの８つの駆動ユニットの往復移動体をスライド可能に収容する中央浮体２２１を備える。

【0087】

中央浮体２２１の右側に配置される駆動ユニット２０１Ｒ１、駆動ユニット２０１Ｒ２、駆動ユニット２０１Ｒ３、駆動ユニット２０１Ｒ４はシャフト２２４１Ｒに連結されている。また、中央浮体２２１の左側に配置される駆動ユニット２０１Ｌ１、駆動ユニット２０１Ｌ２、駆動ユニット２０１Ｌ３、駆動ユニット２０１Ｌ４はシャフト２２４１Ｌに連結されている。

【0088】

シャフト２２４１Ｒは発電装置２２２Ｒに連結されている。また、シャフト２２４１Ｌは発電装置２２２Ｌに連結されている。発電システム２は発電システム１が備える補助モータ１２５に対応する構成部は備えない。

【0089】

シャフト２２４１Ｒに連結されている駆動ユニット２０１Ｒ１、駆動ユニット２０１Ｒ２、駆動ユニット２０１Ｒ３、駆動ユニット２０１Ｒ４における、クランク（発電システム１のクランク１２３１６に対応する構成部）と循環ベルト（発電システム１の循環ベルト１２３１４に対応する構成部）の連結点（以下、単に連結点という）が互いに１／４周期だけずれた位相で循環経路Ｒに沿った循環運動を行うように、それらの駆動ユニットの配置が調整されている。

【0090】

また、シャフト２２４１Ｌに連結されている駆動ユニット２０１Ｌ１、駆動ユニット２０１Ｌ２、駆動ユニット２０１Ｌ３、駆動ユニット２０１Ｌ４における連結点が互いに１／４周期だけずれた位相で循環経路Ｒに沿った循環運動を行うように、それらの駆動ユニットの配置が調整されている。

【0091】

駆動ユニット２０１Ｒ１と駆動ユニット２０１Ｌ１、駆動ユニット２０１Ｒ２と駆動ユニット２０１Ｌ２、駆動ユニット２０１Ｒ３と駆動ユニット２０１Ｌ３、駆動ユニット２０１Ｒ４と駆動ユニット２０１Ｌ４は、それらの連結点の循環運動の位相は同じである。

【0092】

図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄは、発電システム２の左右に配置された４つの駆動ユニットにおける連結点の循環経路Ｒ上の位置の関係を示した図である。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄの各々に示される連結点Ｊ１、連結点Ｊ２、連結点Ｊ３、連結点Ｊ４は、各々、駆動ユニット２０１Ｒ１または駆動ユニット２０１Ｌ１の連結点、駆動ユニット２０１Ｒ２または駆動ユニット２０１Ｌ２の連結点、駆動ユニット２０１Ｒ３または駆動ユニット２０１Ｌ３の連結点、駆動ユニット２０１Ｒ４または駆動ユニット２０１Ｌ４の連結点である。

【0093】

図１４Ａは、連結点Ｊ１が上死点に達し、連結点Ｊ３が下死点に達した状態を示している。この状態において、駆動ユニット２０１Ｒ２または駆動ユニット２０１Ｌ２が連結点Ｊ２において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ１および連結点Ｊ３が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0094】

図１４Ｂは、連結点Ｊ４が上死点に達し、連結点Ｊ２が下死点に達した状態を示している。この状態において、駆動ユニット２０１Ｒ１または駆動ユニット２０１Ｌ１が連結点Ｊ１において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ４および連結点Ｊ２が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0095】

図１４Ｃは、連結点Ｊ３が上死点に達し、連結点Ｊ１が下死点に達した状態を示している。この状態において、駆動ユニット２０１Ｒ４または駆動ユニット２０１Ｌ４が連結点Ｊ４において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ３および連結点Ｊ１が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0096】

図１４Ｄは、連結点Ｊ２が上死点に達し、連結点Ｊ４が下死点に達した状態を示している。この状態において、駆動ユニット２０１Ｒ３または駆動ユニット２０１Ｌ３が連結点Ｊ３において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ２および連結点Ｊ４が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0097】

上記のように、いずれかの駆動ユニットの連結点が下流側折返経路ｒ２内または上流側折返経路ｒ４内にある間、いずれかの駆動ユニットの連結点が往路経路ｒ１内に位置するため、シャフト２２４１Ｒまたはシャフト２２４１Ｌに対する順方向の駆動力が常時維持される。そのため、発電システム２は発電システム１の補助モータ１２５またはフライホイールに相当する構成部を備える必要がない。

【0098】

なお、上述した発電システム２においては、駆動ユニット２０１Ｒ１、駆動ユニット２０１Ｒ２、駆動ユニット２０１Ｒ３、駆動ユニット２０１Ｒ４の順に、１／４周期だけずれた位相で往復運動を行うように、それらの駆動ユニットの連結点の配置が調整されているが、位相のずらし方はこれに限られない。例えば、駆動ユニット２０１Ｒ１、駆動ユニット２０１Ｒ３、駆動ユニット２０１Ｒ２、駆動ユニット２０１Ｒ４の順に、１／４周期だけずれた位相で往復運動を行うように、それらの駆動ユニットの連結点の配置が調整されていてもよい。

【0099】

同様に、上述した発電システム２においては、駆動ユニット２０１Ｌ１、駆動ユニット２０１Ｌ２、駆動ユニット２０１Ｌ３、駆動ユニット２０１Ｌ４の順に、１／４周期だけずれた位相で往復運動を行うように、それらの駆動ユニットの連結点の配置が調整されているが、例えば、駆動ユニット２０１Ｌ１、駆動ユニット２０１Ｌ３、駆動ユニット２０１Ｌ２、駆動ユニット２０１Ｌ４の順に、１／４周期だけずれた位相で往復運動を行うように、それらの駆動ユニットの連結点の配置が調整されていてもよい。

【0100】

図１５はこの変形例の他の一例にかかる発電システム３の上面図である。図１５において、発電システム３が発電システム１と共通して備える構成部には発電システム１における符号と同じ符号が付されている。また、図１５において、往復移動体の下流側に連結される構成部に関しては、図の簡略化のため破線の矩形で示されている。

【0101】

発電システム３は、発電システム１の中央浮体１２１に対応する構成部として中央浮体３２１を備える。中央浮体３２１の下流側の右側には駆動ユニット３０１Ｒ、下流側の左側には駆動ユニット３０１Ｌ、下流側の中央には駆動ユニット３０１Ｃが連結されている。

【0102】

駆動ユニット３０１Ｃが有する抵抗体１３７１の数は、例えば、駆動ユニット３０１Ｒが有する抵抗体１３７１の数と、駆動ユニット３０１Ｌが有する抵抗体１３７１の数の合計数である。

【0103】

中央浮体３２１の上流側の右側には、外側から順に補助駆動ユニット３０２Ｒ１と補助駆動ユニット３０２Ｒ２が連結されている。また、中央浮体３２１の上流側の左側には、外側から順に補助駆動ユニット３０２Ｌ１と補助駆動ユニット３０２Ｌ２が連結されている。補助駆動ユニット３０２Ｒ１、補助駆動ユニット３０２Ｒ２、補助駆動ユニット３０２Ｌ１、補助駆動ユニット３０２Ｌ２は、駆動ユニット３０１Ｒ、駆動ユニット３０１Ｌ、駆動ユニット３０１Ｃのいずれかの連結点が上死点または下死点に達するタイミングにおいてシャフト１２４１に対する回転駆動を与えるために設けられた補助的な駆動ユニットである。以下、補助駆動ユニット３０２Ｒ１、補助駆動ユニット３０２Ｒ２、補助駆動ユニット３０２Ｌ１、補助駆動ユニット３０２Ｌ２を補助駆動ユニット３０２と総称する。

【0104】

図１６Ａは補助駆動ユニット３０２の上面図、図１６Ｂは補助駆動ユニット３０２の右側面図である。

【0105】

補助駆動ユニット３０２が有する抵抗体の数および当該抵抗体が備えるブレードの数は、駆動ユニット３０１Ｒ、駆動ユニット３０１Ｌ、駆動ユニット３０１Ｃが有する抵抗体の数および当該抵抗体が備えるブレードの数よりも少ない。

【0106】

また、補助駆動ユニット３０２が有する抵抗体は、棒材を組み上げたフレーム３０２１により保持されている。補助駆動ユニット３０２は中央浮体３２１の上流側に配置されているため、補助駆動ユニット３０２が有する抵抗体の位置および姿勢をロープによって保持することはできないためである。

【0107】

図１７はフレーム３０２１が、補助駆動ユニット３０２が有する抵抗体３３７１を保持する様子を示した図である。なお、図１７において、収容ボックス１３０１を水流の方向に貫通するロープ１３０２は図示が省略されている。図１７に示されるように、抵抗体３３７１の軸棒３３７１１に取り付けられているリング１３８にはフレーム３０２１が有する棒材のうち水平面上において水流の方向に対し斜め方向に取り付けられた複数の棒材が連結されている。そのため、抵抗体３３７１が水流の力を受けても、抵抗体３３７１と中央浮体３２１との間の距離およびその姿勢が保持される。

【0108】

図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄは、発電システム３が有する駆動ユニットにおける連結点の循環経路Ｒ上の位置の関係を示した図である。図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄの各々に示される連結点Ｊ１、連結点Ｊ２、連結点Ｊ３、連結点Ｊ４は、各々、駆動ユニット３０１Ｒまたは駆動ユニット３０１Ｌの連結点、駆動ユニット３０１Ｃの連結点、補助駆動ユニット３０２Ｒ１または補助駆動ユニット３０２Ｌ１の連結点、補助駆動ユニット３０２Ｒ２または補助駆動ユニット３０２Ｌ２の連結点である。

【0109】

図１８Ａは、連結点Ｊ３が上死点に達し、連結点Ｊ４が下死点に達した状態を示している。この状態において、駆動ユニット３０１Ｃが連結点Ｊ１において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ３および連結点Ｊ４が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0110】

図１８Ｂは、連結点Ｊ２が上死点に達し、連結点Ｊ１が下死点に達した状態を示している。この状態において、補助駆動ユニット３０２Ｒ１または補助駆動ユニット３０２Ｌ１が連結点Ｊ３において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ２および連結点Ｊ１が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0111】

図１８Ｃは、連結点Ｊ４が上死点に達し、連結点Ｊ３が下死点に達した状態を示している。この状態において、駆動ユニット３０１Ｒまたは駆動ユニット３０１Ｌが連結点Ｊ２において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ４および連結点Ｊ３が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0112】

図１８Ｄは、連結点Ｊ１が上死点に達し、連結点Ｊ２が下死点に達した状態を示している。この状態において、補助駆動ユニット３０２Ｒ２または補助駆動ユニット３０２Ｌ２が連結点Ｊ４において上流側から下流側へと循環ベルトを駆動している。そのため、連結点Ｊ１および連結点Ｊ２が循環経路Ｒに沿って逆方向に進路をとることはない。

【0113】

上記のように、駆動ユニット３０１Ｒおよび駆動ユニット３０１Ｌ、または、駆動ユニット３０１Ｃの連結点が下流側折返経路ｒ２内または上流側折返経路ｒ４内にある間、補助駆動ユニット３０２Ｒ１および補助駆動ユニット３０２Ｌ１、または、補助駆動ユニット３０２Ｒ２および補助駆動ユニット３０２Ｌ２の連結点が往路経路ｒ１内に位置するため、シャフト１２４１に対する順方向の駆動力が常時維持される。そのため、発電システム３は発電システム１の補助モータ１２５またはフライホイールに相当する構成部を備える必要がない。

【0114】

（２）上述した発電システム１が備える抵抗体１３７１のブレード１３７１２は軸棒１３７１１の軸周りに回転される。ブレード１３７１２の回転の方向はこれに限られない。例えば、ブレード１３７１２が水平方向の軸周りに回転される構成が採用されてもよい。

【0115】

（３）上述した発電システム１が備える抵抗体１３７１は板状体のブレード１３７１２を有し、ブレード１３７１２の水流に対する角度を変更することにより、駆動状態と非駆動状態の切り替えが行われる。本発明にかかる抵抗体は板状体に限られず、水流抵抗の大きい状態と水流抵抗の小さい状態とを切り替えられる構造を備える限り、その構造は様々に変更可能である。例えば、可撓性のシート状部材を拡げた状態と折り畳んだ状態の間で切り替えることにより、駆動状態と非駆動状態の切り替えが可能な抵抗体が採用されてもよい。

【0116】

（４）上述した発電システム１においては、下流側から上流側へと駆動ユニットを引き上げるための力として、シャフト１２４１を介して上流側から下流側へと水流の力で移動する駆動ユニットの力の一部が用いられる。これに代えて、発電装置１２２により発電され蓄電装置に一時的に蓄電されている電力により動作するモータの力により、下流側から上流側への駆動ユニットの引き上げが行われてもよい。

【0117】

（５）上述した発電システム１においては、２つの駆動ユニットが１／２周期だけずれた位相で動作する。また、上述した変形例（１）または（２）にかかる発電システム２および発電システム３においては、４つのグループの駆動ユニットの各々が１／４周期だけずれた位相で動作する。異なる位相で動作する駆動ユニットの数（グループ数）は２または４に限られない。例えば、３つのグループに区分された駆動ユニットが、グループ毎に１／３周期だけずれた位相で動作する構成が採用されてもよい。この場合であっても、いずれかのグループの駆動ユニットの連結点が上流側折返経路ｒ４内または下流側折返経路ｒ２内にある間、他のいずれかのグループの駆動ユニットが往路経路ｒ１内にあれば、連結点の逆行は生じない。

【0118】

（６）上述した発電システム１においては、往路経路ｒ１および復路経路ｒ３は直線を描く経路であり、下流側折返経路ｒ２および上流側折返経路ｒ４は半円を描く経路である。往路経路ｒ１および復路経路ｒ３は湾曲していてもよい。また、下流側折返経路ｒ２および上流側折返経路ｒ４は、往路経路ｒ１および復路経路ｒ３の曲率よりも大きな曲率で湾曲している限り、半円を描かなくてもよい。

【0119】

（７）上述した発電システム１においては、往復移動体１３１が最も下流側の位置に達する前に移動速度の低下が行われる。これに代えて、例えば往復移動体１３１が最も上流側の位置に達する前に移動速度を低下するようにブレーキングが行われてもよい。

【0120】

（８）上述した発電システム１において採用されているロープ１１３に代えて、チェーン、棒材等が用いられてもよい。また、ロープ、チェーン、棒材等のうち２以上の組み合わせが採用されてもよい。ロープ１３９に関しても同様である。

【0121】

（９）上述した発電システム１が備える構造物のうち水中に配置される構造物の少なくとも一部に、水中で自重を相殺する浮力を生じるように中空部を設けたり、フロートが取り付けられたりしてもよい。また、上述した発電システム１においては水上に配置される構造物の一部が水中または水面上に配置されるようにしてもよい。例えば、収容ボックス１３０１およびロープ１３０２を水面上に浮かせ、最上位置のロープ１３９を含む全てのロープ１３９を水中に配置する構成が採用されてもよい。

【符号の説明】

【0122】

１…発電システム、２…発電システム、３…発電システム、１１…上流側アセンブリ、１２…中央アセンブリ、１３…下流側アセンブリ、１１１…上流側浮体、１１２…アンカー、１１３…ロープ、１１４…連結プレート、１２１…中央浮体、１２２…発電装置、１２３…クランクアセンブリ、１２４…ミッションアセンブリ、１２５…補助モータ、１２６…ブレーキングローラ群、１３０…切替機構、１３１…往復移動体、１３２…フレーム、１３３…連結浮体、１３５…端部浮体、１３７…抵抗体群、１３８…リング、１３９…ロープ、２２１…中央浮体、３０２…補助駆動ユニット、３２１…中央浮体、１２２１…回転軸、１２３１…サブクランクアセンブリ、１２４１…シャフト、１２４２…循環ベルト、１２４３…循環ベルト、１３０１…収容ボックス、１３０２…ロープ、１３０３…上流側ロープ駆動ユニット、１３０４…下流側ロープ駆動ユニット、１３０５…ラック、１３０６…ピニオン、１３０７…定滑車、１３０８…定滑車、１３０９…ピニオン群、１３７１…抵抗体、３０２１…フレーム、３３７１…抵抗体、１２３１２…ローラ、１２３１４…循環ベルト、１２３１６…クランク、１２３１７…連結アーム、１２３１８…循環ベルト、１３０３１…移動装置、１３０３２…アーム、１３０３３…シフトバー、１３０３４…ロープ連結バー、１３０４１…移動装置、１３０４３…シフトバー、１３０４４…ロープ連結バー、１３７１１…軸棒、１３７１２…ブレード、３３７１１…軸棒

【要約】

【課題】構造上の制約が少ない水流の力を用いた発電システムを提供する。
【解決手段】発電システム１の下流側アセンブリ１３は、各々に複数のブレードの連結された左右２枚の往復移動体を備える。複数のブレードは水流に対し９０度の角度で配置されて水流の力を受けて下流側アセンブリ１３の往復移動体を下流側へと牽引する駆動状態と、これらのブレードを水流に沿った方向に配置して水流の力をあまり受けない状態で上流側へと牽引される非駆動状態との間で切り替えられる。左右２枚の往復移動体の往復運動の位相は１／２周期だけずれている。往復移動体の往復運動は中央アセンブリ１２に配置されたクランクにより細長い循環経路に沿って循環する循環運動に変えられ、さらに回転運動に変えられる。当該回転運動の力は、中央アセンブリ１２に配置された発電装置のコイルの回転軸に伝達される。その結果、発電装置により発電が行われる。
【選択図】図１

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】