知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024053357
(43)【公開日】2024-04-15
(54)【発明の名称】水車羽根構造体、及び水車羽根構造
(51)【国際特許分類】
F03B 13/26 20060101AFI20240408BHJP
【ＦＩ】
F03B13/26
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022159569
(22)【出願日】2022-10-03
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-06-14
(71)【出願人】
【識別番号】598008341
【氏名又は名称】大森 弘一郎
(72)【発明者】
【氏名】大森 弘一郎
【テーマコード（参考）】
3H074
【Ｆターム（参考）】
3H074AA06
3H074AA08
3H074BB03
3H074BB11
3H074CC11
(57)【要約】
【課題】流れの方向が変化する水流に対しても、効率よく電気エネルギーに転換することができる水中発電装置用水車羽根構造体を提供することである。
【解決手段】上下方向に延伸する出力主軸と、出力主軸に接続固定され、出力主軸を中心に挟んで両側に配置された第１及び第２羽根固定部材と、第１羽根固定部材に回転可能に取り付けられた第1上部羽根回転軸及び第1下部羽根回転軸と、第２羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第２上部羽根回転軸及び第２下部羽根回転軸と、第1及び第２上部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２上部羽根と、第1及び第２下部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２下部羽根とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】上下方向に延伸する出力主軸と、出力主軸に接続固定され、出力主軸を中心に挟んで両側に配置された第１及び第２羽根固定部材と、第１羽根固定部材に回転可能に取り付けられた第1上部羽根回転軸及び第1下部羽根回転軸と、第２羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第２上部羽根回転軸及び第２下部羽根回転軸と、第1及び第２上部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２上部羽根と、第1及び第２下部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２下部羽根とを備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水流発電装置用の水車羽根構造体であって、上下方向に延伸する出力主軸と、前記出力主軸に接続固定され、
前記出力主軸を中心に挟んで両側に配置された第１及び第２羽根固定部材と、前記第１羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第1上部羽根回転軸及び第1下部羽根回転軸と、
前記第２羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第２上部羽根回転軸及び第２下部羽根回転軸と、
前記第1及び第２上部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２上部羽根と、
前記第1及び第２下部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２下部羽根と、を備え、
前記第１及び第２羽根固定部材は、前記出力主軸の延伸方向に交差する第1の方向に延伸しており、
前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸は、前記第1の方向に延伸していると共に、上部連結バーにより一体に回転するように接続固定されており、
前記第1下部羽根回転軸と前記第２下部羽根回転軸は、前記第1の方向に延伸していると共に、下部連結バーにより一体に回転するように接続固定されており、
前記第1及び第２上部羽根の羽根面は、前記第1の方向から見て互いに交差しており、
前記第1及び第２上部羽根回転軸と前記第１及び第２下部羽根回転軸とは、互いに独立に回転するように構成されていることを特徴とする水車羽根構造体。
前記出力主軸を中心に挟んで両側に配置された第１及び第２羽根固定部材と、前記第１羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第1上部羽根回転軸及び第1下部羽根回転軸と、
前記第２羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第２上部羽根回転軸及び第２下部羽根回転軸と、
前記第1及び第２上部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２上部羽根と、
前記第1及び第２下部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２下部羽根と、を備え、
前記第１及び第２羽根固定部材は、前記出力主軸の延伸方向に交差する第1の方向に延伸しており、
前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸は、前記第1の方向に延伸していると共に、上部連結バーにより一体に回転するように接続固定されており、
前記第1下部羽根回転軸と前記第２下部羽根回転軸は、前記第1の方向に延伸していると共に、下部連結バーにより一体に回転するように接続固定されており、
前記第1及び第２上部羽根の羽根面は、前記第1の方向から見て互いに交差しており、
前記第1及び第２上部羽根回転軸と前記第１及び第２下部羽根回転軸とは、互いに独立に回転するように構成されていることを特徴とする水車羽根構造体。
【請求項2】
前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸が、前記第１羽根固定部材の上下に対向して配置され、
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸が、前記第２羽根固定部材の上下に対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸が、前記第２羽根固定部材の上下に対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
【請求項3】
前記第１及び第２羽根固定部材は、パイプ状又は棒状の第１及び第２羽根固定芯棒を含み、
前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第１羽根固定芯棒に挿入した第１上部羽根回転軸筒及び第１下部羽根回転軸筒を含み、
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第２羽根固定芯棒に挿入した第２上部羽根回転軸筒及び第２下部羽根回転軸筒を含み、
前記第1及び第２上部羽根が前記第１上部羽根回転軸筒及び前記第１下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられ、
前記第1及び第２下部羽根が前記第２上部羽根回転軸筒及び前記第２下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第１羽根固定芯棒に挿入した第１上部羽根回転軸筒及び第１下部羽根回転軸筒を含み、
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第２羽根固定芯棒に挿入した第２上部羽根回転軸筒及び第２下部羽根回転軸筒を含み、
前記第1及び第２上部羽根が前記第１上部羽根回転軸筒及び前記第１下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられ、
前記第1及び第２下部羽根が前記第２上部羽根回転軸筒及び前記第２下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
【請求項4】
前記上部連結バーが、前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸、又は前記第1及び第２上部羽根のいずれかに固定されており、
前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸が、一体に回転するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸が、一体に回転するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
【請求項5】
前記第1上部羽根と前記第1下部羽根が開くことにより、前記第1及び第２上部羽根回転軸、及び前記第１及び第２下部羽根回転軸を介して、前記第２上部羽根と前記第２下部羽根の端縁が合わさって、
前記第２上部羽根と前記第２下部羽根が閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
前記第２上部羽根と前記第２下部羽根が閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
【請求項6】
前記第1及び第２上部羽根の羽根面が前記第1の方向から見て上側が開いた略くの字形状となるように互いに交差して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
【請求項7】
前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根は、延伸方向に湾曲した形状で延伸しており、
前記第１上部羽根と前記第１下部羽根の端縁が合わさって閉じたときに、前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根の湾曲面が互いに対向するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
前記第１上部羽根と前記第１下部羽根の端縁が合わさって閉じたときに、前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根の湾曲面が互いに対向するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
【請求項8】
前記請求項１から請求項７に記載の水車羽根構造体を、前記出力主軸に、当該出力主軸の延伸方向に多段に装着したことを特徴とする水車羽根構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水車羽根構造体及び水車羽根構造に関する。より詳しくは、水流により発電する発電装置の水車羽根構造体、及び水車羽根構造体を装着した水車羽根構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
日本のエネルギー資源として、再生エネルギーへの関心は高いが、その中で海中にある水の流れの利用に関しては進展が遅い。
【0003】
黒潮などの海流（以下、「海流」と言う。）は、地球の自転と地球にそそぐ太陽光から発生するもので、そのエネルギー量は大きく持続的である。また海には月の引力による潮汐による潮流（以下、「潮流」と言う。）もあり、再生エネルギー源として有望である。
【0004】
潮流においては、流路は確定されるが、流速は定期的に変化し、流れの方向も上げ潮時と引き潮時に反対方向になる。
【0005】
海流においては流路の変化があり、即ち流れの方向と流速が変化する。
【0006】
川の流れも、エネルギー取得に有望であるが流量と流速が変化する。
【0007】
海流や潮流において水流からエネルギーを取得する試みはあるが、多くはプロペラ浮体式とプロペラ着床方式である。浮体式は深さと位置を安定させる技術、着床式は流れの方向変化に対する水平方向の首振り対応が必要である。
【0008】
また海上にも設備の一部が出るものが多い、しかし船舶の航行への影響を考えると海底に固定させて、海面から離して上部２７ｍ（瀬戸内海においては１７ｍ）の上には装置を置かないのが良い。
さらに、黒潮などの海流においては、蛇行が有り、また海流の流れが止まらないことも考慮する必要がある。
潮流においては水流の止まる留流と言われる時があり、これは設置、点検などで活用できるものの、定期的に水流の方向が反転し、水流の方向の変化に合わせて流速が変化するといった特性があり、これも考慮が必要である。
さらに、黒潮などの海流においては、蛇行が有り、また海流の流れが止まらないことも考慮する必要がある。
潮流においては水流の止まる留流と言われる時があり、これは設置、点検などで活用できるものの、定期的に水流の方向が反転し、水流の方向の変化に合わせて流速が変化するといった特性があり、これも考慮が必要である。
【0009】
設置に適する場所は、漁業の重要地であることが多く、また主要な航路であることが多いのでこれへの配慮も必要である。
【0010】
特許文献１には、海流の流れに対して、海底の錘から延ばした係留綱に繋いだ浮体に発電機を内蔵した浮遊式水流発電装置が開示されている。特許文献１の浮遊式水流発電装置では、水流の方向には常に正対するものの、海流の流速に合わせて浮遊する深さは変わり、また姿勢を制御することが難しいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開２０２０－１３３４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
海流においても潮流においても、多くプロペラ式が使われている。プロペラは羽根の揚力により回転するため、流速が小さい海流や潮流においては、エネルギー変換効率を大きく出来ない。流速の小さい時にも変換効率を高くすることが必要である。
各種の水車と・プロペラにおいて回転数と変換効率の関係は、変換効率の良い流速がそれぞれに異なっている、プロペラは早い流速で効果の出るもので、海流や潮流において必ずしも最適の方式ではない。
各種の水車と・プロペラにおいて回転数と変換効率の関係は、変換効率の良い流速がそれぞれに異なっている、プロペラは早い流速で効果の出るもので、海流や潮流において必ずしも最適の方式ではない。
【0013】
流れの方向は、海流においては蛇行などで流れの軸流に方向変化もあり、また軸流から離れた随伴流の不規則な流れの方向変化もある。特許文献１は海流の方向変化に対応したものであるが、この蛇行の近くに渦が出来ることもあり、この場合流れの方向は反方向に変わることがあり、海底の錘から延ばした係留綱に浮体を係留する方法においては、困難度の高い海中送電線のよじれに対する方策が必要になる。
【0014】
海流において、定点で観測すると流れの速度と流れ方向の変化は大きく変わるものであり、その予測が難しい。潮流においては流路が決まっているものの、毎日２回の流れの反転がある。そのためプロペラを方向の変化する流れに常に正対させる必要がある。その水平方向のコントロールが必要である。
特許文献１は水流の変化に対して、発電装置の姿勢を安定させようとするものだが、位置と深度の安定において浮体式には問題が多い。
特許文献１は水流の変化に対して、発電装置の姿勢を安定させようとするものだが、位置と深度の安定において浮体式には問題が多い。
【0015】
さらに海流と潮流の流れの方向は、海底地形の影響をうけ、これは流速で影響の形が変わる。また波の影響を受けるので水流には水平方向に加えて昇流や降流が含まれ、発電装置は、常に流れの流速、流れの水平方向の変化、上下方向の変化の３つの変化に対応する必要がある。これへの対応次第で変換効率が落ちるのである。
【0016】
特許文献１においては、浮体式であり流れの方向には追従する、また流速の変化による深度の変化への深度調整への配慮が含まれているが、装置の移動範囲が大きいという問題がある。
海底に固定する着床式の場合は、水流の水平方向に変化には首振りで対応できるが、水流の上下方向の変化には対応できない。
海底に固定する着床式の場合は、水流の水平方向に変化には首振りで対応できるが、水流の上下方向の変化には対応できない。
【0017】
さらに海底の形状や島の反射などによる渦流なども発生し、水平方向、上下方向に複雑な流れ方向の変化を持っているもので、それへの対策が必要である。
【0018】
水流に逆らう力を利用し、なお水流の方向が水平方向のほか、上下方向に変化しても、水流の流れ方向の変化に対して変化に関係なく動きを即時エネルギーに転換する、水中発電装置の水車羽根構造体が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0019】
本発明に係る水車羽根構造体は、水流発電装置用の水車羽根構造体であって、上下方向に延伸する出力主軸と、前記出力主軸に接続固定され、前記出力主軸を挟んで両側に配置される第１及び第２羽根固定部材と、前記第１羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第1上部羽根回転軸及び第1下部羽根回転軸と、前記第２羽根固定部材に、回転可能に取り付けられた第２上部羽根回転軸及び第２下部羽根回転軸と、前記第1及び第２上部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２上部羽根と、前記第1及び第２下部羽根回転軸のそれぞれに取り付けられた第1及び第２下部羽根とを備える。前記第１及び第２羽根固定部材は、前記出力主軸の延伸方向に交差する第1の方向に延伸している。前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸は、前記第1の方向に延伸していると共に、上部連結バーにより一体に回転するように接続固定されている。また、前記第1下部羽根回転軸と前記第２下部羽根回転軸は、前記第1の方向に延伸していると共に、下部連結バーにより一体に回転するように接続固定されている。さらに、前記第1及び第２上部羽根の羽根面は、前記第1の方向から見て互いに交差しており、前記第1及び第２上部羽根回転軸と前記第１及び第２下部羽根回転軸とは、互いに独立に回転するように構成されていることを特徴とする。
【0020】
本発明に係る水車羽根構造体では、水平方向に流れる水流の方向の変化に影響を受けずに、有効に水流を捉えて、エネルギーに転換することができる。
【0021】
本発明に係る水車羽根構造体において、前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸が、前記第１羽根固定部材の上下に対向して配置され、前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸が、前記第２羽根固定部材の上下に対向して配置されていることを特徴としてもよい。本発明に係る水車羽根構造体では、比較的構造が単純で製造が容易である。また、保守も容易である。
【0022】
また、本発明に係る水車羽根構造体において、前記第１及び第２羽根固定部材は、パイプ状又は棒状の第１及び第２羽根固定芯棒を含み、前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第１羽根固定芯棒に挿入した第１上部羽根回転軸筒及び第１下部羽根回転軸筒を含み、前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第２羽根固定芯棒に挿入した第２上部羽根回転軸筒及び第２下部羽根回転軸筒を含み、前記第1及び第２上部羽根が前記第１上部羽根回転軸筒及び前記第１下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられ、前記第1及び第２下部羽根が前記第２上部羽根回転軸筒及び前記第２下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられることを特徴としてもよい。本発明に係る水車羽根構造体では、羽根が閉じられた形の時に、羽根が水流に抗する時の抵抗を小さくすることが出来て、エネルギー変換効率を高くすることができる。
【0023】
また、本発明に係る水車羽根構造体において、前記上部連結バーが、前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸、又は前記第1及び第２上部羽根のいずれかに固定されており、前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸が、一体に回転するように構成されていることを特徴としてもよい。本発明に係る水車羽根構造体では、出力主軸に貫通孔を作らずに水流による羽根の動きを作ることが出来る。
【0024】
また、本発明に係る水車羽根構造体において、前記第1上部羽根と前記第1下部羽根が開くことにより、前記第1及び第２上部羽根回転軸、及び前記第１及び第２下部羽根回転軸を介して、前記第２上部羽根と前記第２下部羽根の端縁が合わさって、前記第２上部羽根と前記第２下部羽根が閉じるように構成されていることを特徴としてもよい。本発明に係る水車羽根構造体では、水流の上下の方向変化にも対応して水流を効率よく捉えることが出来る。
【0025】
また、本発明に係る水車羽根構造体において、前記第1及び第２上部羽根の羽根面が前記第1の方向から見て上側が開いた略くの字形状となるように互いに交差して配置されていることを特徴としてもよい。本発明に係る水車羽根構造体では捉水側に来た羽根と逃水側に来た羽根の開閉がスムーズに行われ、水の力を効率よく捉えることが出来る。
【0026】
また、本発明に係る水車羽根構造体において、前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根は、延伸方向に湾曲した形状で延伸しており、前記第１上部羽根と前記第１下部羽根の端縁が合わさって閉じたときに、前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根の湾曲面が互いに対向するように構成されていることを特徴としてもよい。本発明に係る水車羽根構造体では逃水側に来た羽根の閉じ動作がスムーズである。
【0027】
また、本発明に係る水車羽根構造は、上記の水車羽根構造体を、前記出力主軸に、当該出力主軸の延伸方向に多段に装着したことを特徴としてもよい。本発明に係る水車羽根構造体では出力が大きく、かつ電圧変化がスムーズである。
【発明の効果】
【0028】
本発明に係る水流発電装置の水車羽根構造体は、海流と潮流或いは川の流れの中において、水流の方向の水平方向、上下方向の変化に対応して、エネルギー変換効率の高い発電をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図3】図３は、第１の実施形態に係る水車羽根構造体を概略的に示す図である。図３（ａ）は、水車羽根構造体の上部構造と下部構造を説明するための側面図である。また、図３（ｂ）は、水車羽根構造体の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
いくつかの実施形態に係る羽根構造体を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、作図法も理解の便を優先し、一部の特徴は誇張又は省略されることもある。また、説明中、「上」、「下」、「左」、「右」「前」、「後」、「背面」、「側面」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【0031】
本発明は、水平方向及び上下方向に方向が変化し、また流速も変化する水流に対して、海底の定位置に置いて固定し、海面下で安定して発電する、羽根形状が回転により変わる、水平回転の水車羽根の構造の３つの実施形態である。
【0032】
【0033】
図１～図２に示すように、水車羽根構造体１は、第1の方向（Ｘ軸の方向）に延伸する第１上部羽根回転軸１３ａと、第１上部羽根回転軸１３ａに固定された第１上部羽根１１ａを有する。
また、第１上部羽根１１ａの下側に配置された第１下部羽根１１ｂを有する。第１下部羽根１１ｂは、第１下部羽根回転軸１３ｂに固定されている。また、第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂは、第1羽根固定部材１５に回転可能に取り付けられている。
第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂとは、第1羽根固定部材１５を挟んで、上下に対向して配置されている。本実施形態では、第1羽根固定部材１５の両端側には、軸受２０が設けられている。第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂとが、第1羽根固定部材１５の両端側に設けられた軸受２０に挿通されて、第1羽根固定部材１５に回転可能に取り付けられている。
また、第１上部羽根１１ａの下側に配置された第１下部羽根１１ｂを有する。第１下部羽根１１ｂは、第１下部羽根回転軸１３ｂに固定されている。また、第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂは、第1羽根固定部材１５に回転可能に取り付けられている。
第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂとは、第1羽根固定部材１５を挟んで、上下に対向して配置されている。本実施形態では、第1羽根固定部材１５の両端側には、軸受２０が設けられている。第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂとが、第1羽根固定部材１５の両端側に設けられた軸受２０に挿通されて、第1羽根固定部材１５に回転可能に取り付けられている。
【0034】
また、水車羽根構造体１は、第1の方向（Ｘ軸の方向）と交差する第２の方向（図1において、Ｚ軸の方向）に延伸する出力主軸１０を有する。第1羽根固定部材１５と第２羽根固定部材１６は、出力主軸１０に、主軸固定部材１７により取り付けられている。
【0035】
さらに、水車羽根構造体１は、出力主軸１０を挟んで、第１上部羽根回転軸１３ａと、反対側に設けられ第1の方向（Ｘ軸の方向）に延伸する第２上部羽根回転軸１４ａと、第２上部羽根回転軸１４ａに固定された第２上部羽根１２ａを有し、第２上部羽根回転軸１４ａは、第１上部羽根回転軸１３ａの延伸方向に延長した線上に配置されている。また、第２上部羽根１２ａに対向して下側に配置された第２下部羽根１２ｂを有する。第２下部羽根１２ｂは、第２下部羽根回転軸１４ｂに固定されている。
【0036】
第２下部羽根回転軸１４ｂは、第１下部羽根回転軸１３ｂの延伸方向に延長した線上に配置されている。
第２羽根固定部材１６は、出力主軸１０を挟んで、第1羽根固定部材１５の反対側に設けられると共に、第1羽根固定部材１５の延伸方向に延長した位置に配置されている。
また、第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂとは、第２羽根固定部材１６を挟んで、対向して上下に配置されている。
本実施形態では、第２羽根固定部材１６の両端には、軸受２１が設けられている。第２上部羽根回転軸１４ａと第２下部羽根回転軸１４ｂとは、第２羽根固定部材１６の上部両端側に設けられた軸受２１の軸孔に挿通されて、第２羽根固定部材１６に回転可能に取り付けられている。
第２羽根固定部材１６は、出力主軸１０を挟んで、第1羽根固定部材１５の反対側に設けられると共に、第1羽根固定部材１５の延伸方向に延長した位置に配置されている。
また、第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂとは、第２羽根固定部材１６を挟んで、対向して上下に配置されている。
本実施形態では、第２羽根固定部材１６の両端には、軸受２１が設けられている。第２上部羽根回転軸１４ａと第２下部羽根回転軸１４ｂとは、第２羽根固定部材１６の上部両端側に設けられた軸受２１の軸孔に挿通されて、第２羽根固定部材１６に回転可能に取り付けられている。
【0037】
再び図1を参照すると、出力主軸１０を中心に挟んで両側にある羽根固定部材１５、１６の上に配置された第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａは、上部連結バー１８で接続固定されている。これにより、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとは、連動して同じ方向に回転するように構成することができる。
【0038】
同様に、出力主軸１０を挟んで両側にある羽根固定部材１５、１６の下に配置された第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂは、下部連結バー１９に接続固定されている。これにより、第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂとは、連動して回転するように構成することができる。
【0039】
また、上部連結バー１８と下部連結バー１９とは、回転する際に干渉しないように出力主軸１０を跨いで互いに反対側に位置するように配置されている。
【0040】
また、本実施形態では、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａは、連結バー１８で接続固定されている第１上部羽根回転軸１３ａ及び第２上部羽根回転軸１４ａを介して、間接的に、互いに連結されている。
同様に、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂは、連結バー１９で接続固定されている第１下部羽根回転軸１３ｂ及び第２下部羽根回転軸１４ｂを介して、間接的に、互いに連結されている。
同様に、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂは、連結バー１９で接続固定されている第１下部羽根回転軸１３ｂ及び第２下部羽根回転軸１４ｂを介して、間接的に、互いに連結されている。
【0041】
しかし、これに限らず、第1上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとを連結バー１８で接続固定することに、直接的に連結してもよい。同様に、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとを連結バー１９で接続固定することに、直接的に連結してもよい。
また、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根回転軸１４ａ、或いは第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根１２ａとを連結バー１８を用いて連結し接続固定してもよい。同様に、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂ、或いは第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根１２ｂとを連結バー１９を用いて連結し接続固定してもよい。
また、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根回転軸１４ａ、或いは第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根１２ａとを連結バー１８を用いて連結し接続固定してもよい。同様に、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂ、或いは第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根１２ｂとを連結バー１９を用いて連結し接続固定してもよい。
【0042】
また、図３は、本実施形態に係る水車羽根構造体１を水流の下流側から見た正面図と側面図である。上記でも述べたように、第1上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとが連結バー１８により直接に又は間接に連結されており、また、第1下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとが、連結バー１９により連結されている。
しかし、第1上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂ、及び第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂとは、連結されておらず、互いに独立して動くことができる。
しかし、第1上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂ、及び第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂとは、連結されておらず、互いに独立して動くことができる。
【0043】
図３において、理解しやすいように、互いに連結された第1上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとを白色で塗りつぶして示し、互いに連結された第1下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂを黒色で塗りつぶして示した。
【0044】
図３に示すように、水平の水流により逃水側で上下の羽根が合わさって、捉水側の上下の羽根が広げられ、さらに逃水側の上下の羽根が合わさろうとするときに、連結するための連結バー１８、１９が羽根固定部材１５、１６とも出力主軸１０ともに接触しないようにすることができる。
言い換えると、上部連結バー１８は、第1上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａが回転したときに、羽根固定部材１５、１６とも出力主軸１０とも接触しない位置に設定してある。同様に、第1下部羽根１１ｂと第２上部羽根１２ｂが回転したとき、上部連結バー１９は、羽根固定部材１５、１６とも出力主軸１０とも接触しない位置に設定してある。
言い換えると、上部連結バー１８は、第1上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａが回転したときに、羽根固定部材１５、１６とも出力主軸１０とも接触しない位置に設定してある。同様に、第1下部羽根１１ｂと第２上部羽根１２ｂが回転したとき、上部連結バー１９は、羽根固定部材１５、１６とも出力主軸１０とも接触しない位置に設定してある。
【0045】
次に、第１上部羽根回転軸１３ａ及び第２上部羽根回転軸１４ａにそれぞれ固定され、連結して動く第１上部羽根１１ａ及び第２上部羽根１２ａの成す角度について説明する。
【0046】
図４は羽根の関係を示す模式図である。図４に示すように、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとは、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａと共通の上部羽根軸芯線４２aを持つ。
図４において、この上部羽根軸芯線４２ａと、第１上部羽根１１ａの第1羽根先端及び羽根の側面の端縁（以下羽根の先端と両側の縁を「端縁」と言う。）４３ａを結ぶ平面（以下、羽根軸芯線と羽根の端縁を結んで出来る平面を「羽根面」と言う。）４５ａと、上部羽根軸芯線４２ａと第２上部羽根１２ａの第２上部羽根の端縁４４ａを結ぶ羽根面４６ａとの成す角度θａ（以下、この角度を「第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとの成す角度θａ」、又は簡単に「角度θａ」と言う。）が、羽根が逃水側に来て閉じた時の、羽根の外側の表面になる面（以下、これを逃水背面と言う。）を内側にして８0度～１２０度の範囲で開いた状態の、所定の角度となるように第１上部羽根回転軸１３ａ、と第２上部羽根回転軸１４ａは図１にある如く連結バー１８で固定されている。
また追加すると、逃水背面の裏側は、水流を捉える面（以下、これを捉水表面と言う。）である。
図４において、この上部羽根軸芯線４２ａと、第１上部羽根１１ａの第1羽根先端及び羽根の側面の端縁（以下羽根の先端と両側の縁を「端縁」と言う。）４３ａを結ぶ平面（以下、羽根軸芯線と羽根の端縁を結んで出来る平面を「羽根面」と言う。）４５ａと、上部羽根軸芯線４２ａと第２上部羽根１２ａの第２上部羽根の端縁４４ａを結ぶ羽根面４６ａとの成す角度θａ（以下、この角度を「第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとの成す角度θａ」、又は簡単に「角度θａ」と言う。）が、羽根が逃水側に来て閉じた時の、羽根の外側の表面になる面（以下、これを逃水背面と言う。）を内側にして８0度～１２０度の範囲で開いた状態の、所定の角度となるように第１上部羽根回転軸１３ａ、と第２上部羽根回転軸１４ａは図１にある如く連結バー１８で固定されている。
また追加すると、逃水背面の裏側は、水流を捉える面（以下、これを捉水表面と言う。）である。
【0047】
同様に、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとは、それぞれの第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂとの共通の下部羽根軸芯線４２ｂと、第１下部羽根１１ｂの羽根の端縁４３ｂを結ぶ羽根面４５ｂと、下部羽根軸芯線４２ｂと、第２下部羽根１２ｂの羽根の端縁４４ｂを結ぶ羽根面４６ｂとの成す角度θｂ（以下、この角度を「第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとの成す角度θｂ」、又は簡単に「角度θｂ」と言う。）を内側にして８0度～１２０度の範囲で開いた状態の、所定の角度となるように第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂは図１にある如く連結バー１９で固定されている。
図４においては、羽根軸芯線４２ｂと羽根の端縁４３ｂ、４４ｂの成す羽根面の関係の図は省略し、上部についてのみ記した。下部は上部を上下対称にしたものである。
図４においては、羽根軸芯線４２ｂと羽根の端縁４３ｂ、４４ｂの成す羽根面の関係の図は省略し、上部についてのみ記した。下部は上部を上下対称にしたものである。
【0048】
また、第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂとは、連結されておらず、独立して回転することができる。
第１上部羽根回転軸１３ａ及び第１下部羽根回転軸１３ｂのそれぞれに固定された第１上部羽根１１ａ、及び第１下部羽根１１ｂも、第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂと共に上部と下部と独立して動くことができる。
同様に、第２上部羽根回転軸１４ａと第２下部羽根回転軸１４ｂとは、連結されておらず、独立して回転することができる。第２上部羽根回転軸１４ａ及び第２下部羽根回転軸１４ｂのそれぞれに接続固定された第２上部羽根１２ａ、或いは第２下部羽根１２ｂも、第２上部羽根回転軸１４ａと第２下部羽根回転軸１４ｂと共に上部と下部と独立して動くことができる。
第１上部羽根回転軸１３ａ及び第１下部羽根回転軸１３ｂのそれぞれに固定された第１上部羽根１１ａ、及び第１下部羽根１１ｂも、第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂと共に上部と下部と独立して動くことができる。
同様に、第２上部羽根回転軸１４ａと第２下部羽根回転軸１４ｂとは、連結されておらず、独立して回転することができる。第２上部羽根回転軸１４ａ及び第２下部羽根回転軸１４ｂのそれぞれに接続固定された第２上部羽根１２ａ、或いは第２下部羽根１２ｂも、第２上部羽根回転軸１４ａと第２下部羽根回転軸１４ｂと共に上部と下部と独立して動くことができる。
【0049】
上記でも説明したが、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとは、約８0度～１２０度の範囲で、所定の角度となるように連結バー１８により接続固定されている。
これにより、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとの成す角度θａは、例えば８０度～１２０度の範囲で、所定の角度に維持されることができる。
同様に、第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂとは、約８0度～１２０度の範囲で、所定の角度となるように連結バー１９により固定されている。
これにより、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとの成す角度θｂは、例えば８０度～１２０度の範囲で、所定の角度に維持されることができる。
さらに、第1上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂ、或いは第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂとは、連結されておらず、互いに独立して動くことができる。
これにより、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとの成す角度θａは、例えば８０度～１２０度の範囲で、所定の角度に維持されることができる。
同様に、第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂとは、約８0度～１２０度の範囲で、所定の角度となるように連結バー１９により固定されている。
これにより、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとの成す角度θｂは、例えば８０度～１２０度の範囲で、所定の角度に維持されることができる。
さらに、第1上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂ、或いは第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂとは、連結されておらず、互いに独立して動くことができる。
【0050】
次に、第１、第２上部羽根１１ａ、１２ａ及び第１、第２下部羽根１１ｂ、１２ｂの形状について説明する。
図２（ｂ）を参照すると、第１、第２上部羽根１１ａ、１２ａ、及び第１、第２下部羽根１１ｂ、１２ｂは、水流に対して水流を捉える捉水側では、第１及び第２捉水表面２２、２４を凹んだ形に湾曲させている、この湾曲には、機能に関係する種々の形状が有り湾曲の無い場合も小さい凹凸を付ける場合もある。また羽根の３辺の端縁に向かって曲面がなだらかに塞がっている。
第１捉水表面２２と第２捉水表面２４は、ほぼ同じ形状とすることができる。一方、第１及び第２捉水表面２２、２４に対する第１及び第２逃水背面２３、２５は、第１及び第２捉水表面２２、２４の形状に対応して、外側に凸の形状に膨らんでいる。
この捉水表面は羽根が開いた時に水の力を捉える面である。捉水表面の裏面の逃水背面は羽根が閉じた時に、閉じた羽根の外側にあり、水流を逃がす第１及び第２逃水背面２３、２５であり、閉じた場合に水流の抵抗が小さい形状である。
図２（ｂ）を参照すると、第１、第２上部羽根１１ａ、１２ａ、及び第１、第２下部羽根１１ｂ、１２ｂは、水流に対して水流を捉える捉水側では、第１及び第２捉水表面２２、２４を凹んだ形に湾曲させている、この湾曲には、機能に関係する種々の形状が有り湾曲の無い場合も小さい凹凸を付ける場合もある。また羽根の３辺の端縁に向かって曲面がなだらかに塞がっている。
第１捉水表面２２と第２捉水表面２４は、ほぼ同じ形状とすることができる。一方、第１及び第２捉水表面２２、２４に対する第１及び第２逃水背面２３、２５は、第１及び第２捉水表面２２、２４の形状に対応して、外側に凸の形状に膨らんでいる。
この捉水表面は羽根が開いた時に水の力を捉える面である。捉水表面の裏面の逃水背面は羽根が閉じた時に、閉じた羽根の外側にあり、水流を逃がす第１及び第２逃水背面２３、２５であり、閉じた場合に水流の抵抗が小さい形状である。
【0051】
第1上部羽根１１ａと第1下部羽根１１ｂ及び第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂはいずれも、捉水表面の内側に湾曲した形状を有し、回転して逃水側に来たときに第１上部羽根１１ａと第1下部羽根１１ｂとが閉じて、それぞれの先端縁と両端縁の端縁が合わさり水流を逃がし、また、その時に第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂとが開いて、水流を捉えることができる。
上下に対称の形状をした、羽根回転軸の周辺から先端縁と両端縁に向かって湾曲しつつ薄くなる構造体である。第１逃水背面２３は、逃水側にある時の抵抗が少ないように考慮した曲面を持っている。
上下に対称の形状をした、羽根回転軸の周辺から先端縁と両端縁に向かって湾曲しつつ薄くなる構造体である。第１逃水背面２３は、逃水側にある時の抵抗が少ないように考慮した曲面を持っている。
【0052】
図１を参照すると、第１上部羽根１１ａ、及び第１下部羽根１１ｂは、水流に対して捉水表面２２の開いた状態を示している。また、第２上部羽根１２ａ、及び第２下部羽根１２ｂは、水流に対して閉じて逃水背面２３を外側にした状態を示している。
第１上部羽根１１ａ及び第１下部羽根１１ｂは、互いに独立して回転することができるが、水流により、第１上部羽根１１ａ、及び第１下部羽根１１ｂが開いた状態となることで右向き（時計方向）のトルクを発生させ、この結果、出力主軸１０に回転力を伝えることができる。
第１上部羽根１１ａ及び第１下部羽根１１ｂは、互いに独立して回転することができるが、水流により、第１上部羽根１１ａ、及び第１下部羽根１１ｂが開いた状態となることで右向き（時計方向）のトルクを発生させ、この結果、出力主軸１０に回転力を伝えることができる。
【0053】
一方、第２上部羽根回転軸１４ａは、上部連結バー１８を介して第１上部羽根回転軸１３ａと接続固定されているため、第１上部羽根１１ａの動きに合わせて、第２上部羽根１２ａも動くことができる。
同様に、第２下部羽根回転軸１４ｂは、下部連結バー１９を介して第１下部羽根回転軸１３ｂと接続固定されているため、第１下部羽根１１ｂの動きに合わせて、第２下部羽根１２ｂも動くことができる。つまり、第１上部羽根１１ａ、及び第１下部羽根１１ｂが、水流に対して開いた状態になるときに、第２上部羽根１２ａ、及び第２下部羽根１２ｂは、水流に対して閉じた状態となる。
同様に、第２下部羽根回転軸１４ｂは、下部連結バー１９を介して第１下部羽根回転軸１３ｂと接続固定されているため、第１下部羽根１１ｂの動きに合わせて、第２下部羽根１２ｂも動くことができる。つまり、第１上部羽根１１ａ、及び第１下部羽根１１ｂが、水流に対して開いた状態になるときに、第２上部羽根１２ａ、及び第２下部羽根１２ｂは、水流に対して閉じた状態となる。
【0054】
このように、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとは、また第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとは、それぞれが、上部連結バー１８ と下部連結バー１９により連結されている。第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂが開く時には、第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが閉じる。これは上部連結バー１８と下部連結バー１９で第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａ同士及び第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂ同士が連結されていることによる。
【0055】
図１においては、第１上部羽根１１ａは、第１上部羽根回転軸１３ａに固定されており、第２上部羽根１２ａは、第２上部羽根回転軸１４ａに固定されている。また、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとは上部連結バー１８により連結されている。
【0056】
さらに図４に示すように、 第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとは、それぞれの羽根軸芯線４２ａと羽根の端縁４３ａを結ぶ羽根面４５ａと羽根軸芯線４２ａと羽根の端縁４４ａを結ぶ羽根面４６ａの成す角度θａが、８０～１２０度の範囲になるように、上部連結バー１８により、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとが接続固定されている。
また、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとは、それぞれの羽根軸芯線４２ｂと羽根の端縁４３ｂを結ぶ羽根面４５ａと羽根軸芯線４２ｂと羽根の端縁４４ｂを結ぶ羽根面４６ｂの成す角度θｂが、８０～１２０度の範囲になるように、上部連結バー１８により、第１上部羽根回転軸１３ｂと第２上部羽根回転軸１４ｂとが接続固定されている。
このように構成することで、捉水側にある上下の第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂが、水流を捉えて開く時に逃水側の上下の羽根の第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂは、水流に対して、閉じるように動作する。
また、第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとは、それぞれの羽根軸芯線４２ｂと羽根の端縁４３ｂを結ぶ羽根面４５ａと羽根軸芯線４２ｂと羽根の端縁４４ｂを結ぶ羽根面４６ｂの成す角度θｂが、８０～１２０度の範囲になるように、上部連結バー１８により、第１上部羽根回転軸１３ｂと第２上部羽根回転軸１４ｂとが接続固定されている。
このように構成することで、捉水側にある上下の第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂが、水流を捉えて開く時に逃水側の上下の羽根の第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂは、水流に対して、閉じるように動作する。
【0057】
この時、この逃水側の第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂと連結された捉水側の第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂは、開くように動作する。出力主軸１０を挟んだ双方の上下にある羽根は一方が開くと一方が閉じ、一方が閉じると一方が開くのであり、これはどちらが先に動くのでもなく、あたかも連動したかのように、ほぼ同時に上下反対の動作で動き、これを繰り返して回転する。
上部連結バー１８による第1上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａ間の連結と、下部連結バー１９による第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂ間の連結は、第１上部羽根回転軸１３ａ及び第２上部羽根回転軸１４ａ、或いは第１下部羽根回転軸１３ｂ及び第２下部羽根回転軸１４ｂを、回転軸を介さなくても羽根同士、また回転軸と羽根でも行える。
上部連結バー１８による第1上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａ間の連結と、下部連結バー１９による第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂ間の連結は、第１上部羽根回転軸１３ａ及び第２上部羽根回転軸１４ａ、或いは第１下部羽根回転軸１３ｂ及び第２下部羽根回転軸１４ｂを、回転軸を介さなくても羽根同士、また回転軸と羽根でも行える。
【0058】
水車羽根構造体１の上部で一体に動く、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａと、下部で一体に動く第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂの間では、全く連結されていないが、同じ水流の中では、あたかも連結されて連動しているかのごとき同時の動きをし、開閉を繰り返し水流の中で出力主軸１０を回転させる。
【0059】
水車羽根構造体１に水流が当たると、図１の如く、右の羽根が水流を逃がして回る逃水側にあるので、第２上部羽根１２ａは水流と平行になろうとし、また第２下部羽根１２ｂも、水流と平行になろうとして、第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂは、一体の如く、羽根の逃水背面２３を外側にして合掌したごとく閉じたようになる。
【0060】
図1の右の逃水側にある第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが、一体の閉じた形を形成しようとすることは、連結バーで連結されている捉水側の第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂの捉水表面２２を開いた形にする。
捉水側にある第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂの、捉水表面２２を水流に向かって開いた上部羽根と下部羽根は、水流によりさらに開こうとさせられる。そのことは逃水側にある第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが逃水背面２３を外にして閉じた形状をさらに閉じようとすることになる。
捉水側にある第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂの、捉水表面２２を水流に向かって開いた上部羽根と下部羽根は、水流によりさらに開こうとさせられる。そのことは逃水側にある第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが逃水背面２３を外にして閉じた形状をさらに閉じようとすることになる。
【0061】
図１において、出力主軸１０の左の捉水側の第１上部羽根１１ａを上に立て、第１下部羽根１１ｂを下に下げることは、水流に対して開いた形になり、捉水側の羽根は、水流によりさらに開こうとし、連結されている逃水側はさらに閉まり、流線形を形成する。
【0062】
図1の右の逃水側にある、第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂは、出力主軸１０を中心にした回転が始まると、この位置に来る次のそれぞれの羽根が、水流の逃水側に来るので、水流にならって水平方向になろうとしその結果閉じる。
第２上部羽根１２ａ、と第２下部羽根１２ｂは上下に逆方向の動きながら回転して、逃水背面２３を外にして合わさり、合掌したごとく閉じた形状になる。この時、上部連結バー１８により連結されている捉水側にある第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂは、水流に向かって開いた形状であり、これが水流の力を捉えて、出力主軸１０をさらに回転させる。
第２上部羽根１２ａ、と第２下部羽根１２ｂは上下に逆方向の動きながら回転して、逃水背面２３を外にして合わさり、合掌したごとく閉じた形状になる。この時、上部連結バー１８により連結されている捉水側にある第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂは、水流に向かって開いた形状であり、これが水流の力を捉えて、出力主軸１０をさらに回転させる。
【0063】
捉水側で、水流を捉えて第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂがさらに開こうとする力が、逃水側にある第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂを閉めようとするのか、逃水側で第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが閉まろうとする力が捉水側で第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂを開こうとするのか、これはどちらが先導するのか判らないが、あたかも同期したように助け合って同時に動くのである。
【0064】
図４は、出力主軸１０を中心とする４枚の羽根の関係を示した図であり、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａのお互いの位置関係の角度θａを説明した図である。
第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとの共通の羽根軸芯線４２ａと、第１上部羽根１１ａの羽根の先端の端縁４３ａとを結んだ羽根面と、また羽根軸芯線４２ａと第２上部羽根１２ａの先端の端縁４４ａとを結んだ羽根面との角度θａを示している。
図４において端縁４３ａ、４４ｂは図上では理解の便のために端縁４３ａ、４４ｂ先端の端縁のみを示したが、羽根の両側の端縁も先端の端縁４３ａ、４４ｂが作る羽根面に接している。
第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとの共通の羽根軸芯線４２ａと、第１上部羽根１１ａの羽根の先端の端縁４３ａとを結んだ羽根面と、また羽根軸芯線４２ａと第２上部羽根１２ａの先端の端縁４４ａとを結んだ羽根面との角度θａを示している。
図４において端縁４３ａ、４４ｂは図上では理解の便のために端縁４３ａ、４４ｂ先端の端縁のみを示したが、羽根の両側の端縁も先端の端縁４３ａ、４４ｂが作る羽根面に接している。
【0065】
図５は、ここに羽根の翼形図である。羽根は開いた時に水を良く捉え、閉じた時には抵抗の少ない形状として、このような形が考えられる、羽根の端縁４３ａに向かって薄くなり、上下の羽根の端縁４３ａ、４３ｂが接して閉じた時、側縁も閉じる形状にするのもよい。
【0066】
図６は第1の実施形態に係る水車羽根構造体１が水流を受けて回転しつつ、羽根の形状を変える様子を示した俯瞰想定図である。
回転に伴い水流の方向と羽根との位置関係が変わる。羽根固定部材１５、１６が水流と平行の位置に来た時に捉水側から逃水側になった羽根は、羽根の開閉が変わって、捉水側で開いていた羽根が水流の方向が逆である逃水側に入ると羽根が閉じる。同じく、逃水側から捉水側になった羽根は、羽根の開閉が変わって、逃水側で閉じていた羽根が水流の方向が逆である捉水側に入ると羽根が開く、という変化の状況を示した。
回転に伴い水流の方向と羽根との位置関係が変わる。羽根固定部材１５、１６が水流と平行の位置に来た時に捉水側から逃水側になった羽根は、羽根の開閉が変わって、捉水側で開いていた羽根が水流の方向が逆である逃水側に入ると羽根が閉じる。同じく、逃水側から捉水側になった羽根は、羽根の開閉が変わって、逃水側で閉じていた羽根が水流の方向が逆である捉水側に入ると羽根が開く、という変化の状況を示した。
【0067】
図７は、出力主軸１０を中心にして回転する水車羽根構造体１の羽根が、水流との関係によりどの位置でどのように形状を変えるかを、外周方向から見たものを、上を中心方向にして表現した模式図である。第1図及び第４図の俯瞰図に示すＸ軸が、水流と直交する位置がＡ－Ｉであり、第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂ、及び第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが、ＡからＩの位置、またIからＡの位置に一周する時の姿を順に示してある。
これは放射する線の中心に出力主軸１０があり、水車羽根構造体が回転して、全ての羽根が、それぞれの放射する線の位置に来た時の姿を示している。
これは放射する線の中心に出力主軸１０があり、水車羽根構造体が回転して、全ての羽根が、それぞれの放射する線の位置に来た時の姿を示している。
【0068】
図８は第1の実施形態に係る水車羽根構造体１を、水流の方向の側面から見て羽根の動きが解るように羽根に模様をつけて示した図である。図７にある１６カ所の形態の変化の内、Ａの位置から半周した時の４枚の羽根の動きを示した。
【0069】
図８（ａ）は図７のＡの位置であって、第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂが捉水側にあり、２枚が組になった如く開いている。その時には第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂはＩの位置の逃水側にあって閉じた形になり流線形になり水を逃がしている。図８（ｂ）はその羽根がIの位置に来た時のもので、はじめ逃水側のIの位置にあった第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが捉水側のＡの位置に来て開き、１１ａと１１ｂがＩの位置にいて閉じた姿をしている。この時、第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂは逃水背面２３が外面にあり流線形になって水流を逃がす形になり、その時に第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂは捉水表面２２を水流に向けて開き捉水表面２２で水流を捉えている。
【0070】
図９は、第1の実施形態に係る水車羽根構造体１に流れる水流が、水平方向の順流から外れて昇流、或いは降流となった時に、羽根が対応する状況を示したものである。
第１上部羽根１１ａ、第２上部羽根１２ａ、と第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂが、各々一体に動き、その結果、上部羽根と下部羽根が水流により連動したかのように動くが、その動きは昇流、降流の方向に合わせて、その方向に動く。
水流の方向に合わせて閉じる時に、第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが羽根の第２上部羽根の端縁４４ａと第２下部羽根の端縁４４ｂをずらせて、逃水背面２３を外側にして合掌したごとく閉じた形状になる、この場合、第２上部羽根の端縁４４ａと第２下部羽根の端縁４４ｂにより、それぞれの羽根が上部羽根或いは下部羽根のお互いが動きを止めあって流れに従った位置にいる。
第１上部羽根１１ａ、第２上部羽根１２ａ、と第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂが、各々一体に動き、その結果、上部羽根と下部羽根が水流により連動したかのように動くが、その動きは昇流、降流の方向に合わせて、その方向に動く。
水流の方向に合わせて閉じる時に、第２上部羽根１２ａと第２下部羽根１２ｂが羽根の第２上部羽根の端縁４４ａと第２下部羽根の端縁４４ｂをずらせて、逃水背面２３を外側にして合掌したごとく閉じた形状になる、この場合、第２上部羽根の端縁４４ａと第２下部羽根の端縁４４ｂにより、それぞれの羽根が上部羽根或いは下部羽根のお互いが動きを止めあって流れに従った位置にいる。
【0071】
水流が順流でない場合、水流の上下方向に合わせて、第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂは、捉水表面２２を昇流或いは降流など変化する水流にほぼ直交した形に開き、捉水表面２２が水流を捉える。これは逃水側の羽根が水流の方向に合わせて閉まろうとする力が捉水側の羽根に加わるからであり、これにより捉水側の第１上部羽根１１ａと第１下部羽根１１ｂは水流に対して直交した形にひらき水流を有効に捉える。
【0072】
第1の実施形態に係る水車羽根構造体１を、出力主軸１０に多段にして設けることもできる。図１０には第1の実施形態に係る水車羽根構造体１を、出力主軸１０に多段にして備えた場合の状況を、第１羽根固定部材１５と第２羽根固定部材１６を省略して示した。水車羽根構造体１を、出力主軸１０に多段にして設けることにより、回転トルクの増大と、回転トルクの平滑化をすることができる。
水車羽根構造体１を複数にする場合、上下に離して、上方から見て当分割の角度にずらすのが良いことを示している。
水車羽根構造体１を複数にする場合、上下に離して、上方から見て当分割の角度にずらすのが良いことを示している。
【0073】
図１１は 水車羽根構造体１が水流を受けて回転する場合、回転中に水流との角度により、捉えるエネルギー量が変わることを説明するための図である。出力の波を消すために多段にした場合の出力図である。
即ち羽根が捉水側にあって水流に直交する図７のＡの位置が、水力を捉えるエネルギー量が最大であって、その前後では変化する。その時、逃水側で水流を逃がす抵抗は変わらない。その出力の波を消すために、複数の水車羽根構造体１を図１０の如く、羽根回転軸の角度を等間隔に配分して置き、出力主軸１０の上下に離して備えることで、出力の波を平準化する状況を示したものである。
図１１では水車羽根構造体１を３基備えた状態で示している。太線２０１、細線２０２、点線２０３がその各々の出力を示し、線２０４が、出力が平準化される様子を示す。
即ち羽根が捉水側にあって水流に直交する図７のＡの位置が、水力を捉えるエネルギー量が最大であって、その前後では変化する。その時、逃水側で水流を逃がす抵抗は変わらない。その出力の波を消すために、複数の水車羽根構造体１を図１０の如く、羽根回転軸の角度を等間隔に配分して置き、出力主軸１０の上下に離して備えることで、出力の波を平準化する状況を示したものである。
図１１では水車羽根構造体１を３基備えた状態で示している。太線２０１、細線２０２、点線２０３がその各々の出力を示し、線２０４が、出力が平準化される様子を示す。
【0074】
図１２（ａ）～（ｆ）は、第１上部羽根１１ａから第２上部羽根１２ａを、及び第１下部羽根１１ｂから第２下部羽根１２ｂを連結するための各種方法を示すための図である。
捉水側と逃水側の羽根及び羽根軸の連結には、図１２(ａ)及び(ｂ)の上部連結バー１８と下部連結バー１９を使う方法、図１２(ｃ)及び（ｆ）の、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａまた第１下部羽根回転軸１３ｂと、第２下部羽根回転軸１４ｂを直接つなぐ方法、図１２（ｄ）（ｅ）の上部回転バー３６ａ、下部回転バー３６ｂで、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとを、第1下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂをつなぐ方法がある。
図１３を用いて、図１２の（e）について詳細に説明する。
捉水側と逃水側の羽根及び羽根軸の連結には、図１２(ａ)及び(ｂ)の上部連結バー１８と下部連結バー１９を使う方法、図１２(ｃ)及び（ｆ）の、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａまた第１下部羽根回転軸１３ｂと、第２下部羽根回転軸１４ｂを直接つなぐ方法、図１２（ｄ）（ｅ）の上部回転バー３６ａ、下部回転バー３６ｂで、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａとを、第1下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂをつなぐ方法がある。
図１３を用いて、図１２の（e）について詳細に説明する。
【0075】
図１３は、連結バー１８、１９を使用せずに回転バー３６ａ、３６ｂを使用して、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａ、及び第１下部羽根１１ｂと、第２下部羽根１２ｂの成す角度θａとθｂを定めて、
上部の羽根同士と、下部の羽根同士が各々独立して水流による動きをするごとく構成したものである。この方法は第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａ、及び第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂの回転の連結法がことなることと、それに伴い他に発生する変化以外の、構成と水流に対する機能は変わらない。
上部の羽根同士と、下部の羽根同士が各々独立して水流による動きをするごとく構成したものである。この方法は第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａ、及び第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂの回転の連結法がことなることと、それに伴い他に発生する変化以外の、構成と水流に対する機能は変わらない。
【0076】
その実施形態を図１３では側面図と正面図で示した。
この場合、出力主軸１０に取付板固定部材１７ａと１７ｂを備え、これに上部主軸貫通孔２６aと下部主軸貫通孔２６ｂを開けて、この２本の主軸貫通孔の延長線と平行になる中間に第１羽根固定部材１５と第２羽根固定部材１６を置く。
この場合、出力主軸１０に取付板固定部材１７ａと１７ｂを備え、これに上部主軸貫通孔２６aと下部主軸貫通孔２６ｂを開けて、この２本の主軸貫通孔の延長線と平行になる中間に第１羽根固定部材１５と第２羽根固定部材１６を置く。
【0077】
第１と第２の羽根固定部材１５、１６に軸受２０、２１を用いて第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａと第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂを回転自在に取り付けること、及び第１と第２の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａと、第１と第２の下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂに第１と第２の上部羽根１１ａ、１２ａと第１と第２の下部羽根１１ｂ、１２ｂを取り付けることは、前述の連結バー１８、１９を使用した水車羽根構造体１と同じである。
【0078】
ここで使用する第１と第２の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａ、及び第１と第２の下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂは内部が中空であり、ここを回転バー３６ａ、３６ｂが通る。なお、本実施形態では、軸受２０、２１を羽根固定部材１５、１６に取り付けているが、これに限定されず、軸受２０、２１のうち、出力主軸１０の側にある軸受２０、２１を取付板固定部材１７ａと１７ｂに取り付けることも出来る。
【0079】
上部回転バー３６ａと下部回転バー３６ｂは出力主軸１０に開けられた主軸貫通孔２６ａ、２６ｂを通り、この中で回転自在である。
出力主軸１０を中心に挟んで両側の２方向に伸びる上部回転バー３６ａは中空である第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａの中を通っており、上部回転バー３６ａが外周に出た所で回転バー３６ａが第１上部羽根１１ａ及び第２上部羽根１２ａと固着されるが、そこにおいて、羽根同士が予め定めた角度θａを持つように固着される。
同じく、出力主軸１０を中心に挟んで両側の２方向に伸びる下部回転バー３６ｂは中空である第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂの中を通っており、下部回転バー３６ｂが外周に出た所で回転バー３６ｂが第１下部羽根１１ｂ及び第２下部羽根１２ｂと固着されるが、そこにおいて、羽根同士が予め定めた角度θｂを持つように固着される。
出力主軸１０を中心に挟んで両側の２方向に伸びる上部回転バー３６ａは中空である第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａの中を通っており、上部回転バー３６ａが外周に出た所で回転バー３６ａが第１上部羽根１１ａ及び第２上部羽根１２ａと固着されるが、そこにおいて、羽根同士が予め定めた角度θａを持つように固着される。
同じく、出力主軸１０を中心に挟んで両側の２方向に伸びる下部回転バー３６ｂは中空である第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂの中を通っており、下部回転バー３６ｂが外周に出た所で回転バー３６ｂが第１下部羽根１１ｂ及び第２下部羽根１２ｂと固着されるが、そこにおいて、羽根同士が予め定めた角度θｂを持つように固着される。
【0080】
なお、回転バー３６ａと、第１と第２の上部羽根回転軸１４ａ、１３ａの固着は、
図１２（ｄ）の如く、第１と第２の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａの中空部を通して外周部で結合ささずに、図１２（ｄ）の如く、出力主軸１０側で直接接続固定しても良い。
なお、回転バー３６ｂと、第１と第２の下部羽根回転軸１４ｂ、１３ｂの固着も、図１２（ｄ）の如く、第１と第２の下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂの中空部を通して外周部で結合ささずに、出力主軸１０側で直接接続固定しても良い。
図１２（ｄ）の如く、第１と第２の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａの中空部を通して外周部で結合ささずに、図１２（ｄ）の如く、出力主軸１０側で直接接続固定しても良い。
なお、回転バー３６ｂと、第１と第２の下部羽根回転軸１４ｂ、１３ｂの固着も、図１２（ｄ）の如く、第１と第２の下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂの中空部を通して外周部で結合ささずに、出力主軸１０側で直接接続固定しても良い。
【0081】
また図１２（ｃ）（ｆ）の如く第1上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａ、第１下部羽根回転軸１３ｂと第２下部羽根回転軸１４ｂを直接結んでもよい。
【0082】
【0083】
図１４は、図１３の方式で実施したブレード長１７ｃｍの試作機が、川の水流で回転している姿である。水流の流速は約３ｍ／秒で、６Ｖ・２．４Ｗの発電機を回して点灯している。この水車羽根構造体１が海流での発電に使用できることを確認した。
【0084】
図１５は、出力主軸１０に、固定軸３９ａ、４０ａを、取付板固定部材１７ａと１７ｂで固着し、第１と第２の上部固定軸３９ａと４０ａ及び下部固定軸３９ｂと４０ｂにある中空部と主軸貫通孔２６ａと２６ｂの中に回転バー３６ａ、３６ｂを通すものである。
本実施形態では、上部固定軸３９ａ、４０ａと下部固定軸３９ｂ、４０ｂは取付板固定部材１７ａと１７ｂにより出力主軸１０に固定され、回転バー３６ａ、３６ｂのみが、出力主軸１０の主軸貫通孔２６ａ、２６ｂで貫通している。
また、この出力主軸１０の上部及び下部の主軸貫通孔２６ａ及び２６bには、上部固定軸３９ａ、４０ａと下部固定軸３９ｂ、４０ｂも通すようにすることもできる。
本実施形態では、上部固定軸３９ａ、４０ａと下部固定軸３９ｂ、４０ｂは取付板固定部材１７ａと１７ｂにより出力主軸１０に固定され、回転バー３６ａ、３６ｂのみが、出力主軸１０の主軸貫通孔２６ａ、２６ｂで貫通している。
また、この出力主軸１０の上部及び下部の主軸貫通孔２６ａ及び２６bには、上部固定軸３９ａ、４０ａと下部固定軸３９ｂ、４０ｂも通すようにすることもできる。
【0085】
図１５において、第１上部羽根回転軸１３ａと第２上部羽根回転軸１４ａと第１下部羽根回転軸1３ｂと第２下部回転軸は第１及び第２の上部固定軸３９ａ、４０ａと第１及び第２の下部固定軸４０ｂの外筒として固定軸（３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ）の外側に差し込まれている。
【0086】
第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａ、及び第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとを接続固定する方法は、いくつかの方法がある。以下に、具体的な接続固定方法を例示する。
（１）羽根回転軸を連結バーでつなぐ方法（図1～図３参照）
（２）羽根回転軸と羽根を連結バーでつなぐ方法（図１２（ｂ）参照）
（３）出力主軸に孔をあけて、羽根回転軸を直接つなぐ方法（図1２（ｃ）参照）
（４）出力主軸に孔をあけて、回転バーで羽根回転軸をつなぐ方法（図1３参照）
（５）出力主軸に孔をあけて、回転バーで羽根をつなぐ方法（図1５参照）
（６）出力主軸に固定軸をつなぎ、羽根回転軸を通す方法（図1２（ｆ）参照）
（１）羽根回転軸を連結バーでつなぐ方法（図1～図３参照）
（２）羽根回転軸と羽根を連結バーでつなぐ方法（図１２（ｂ）参照）
（３）出力主軸に孔をあけて、羽根回転軸を直接つなぐ方法（図1２（ｃ）参照）
（４）出力主軸に孔をあけて、回転バーで羽根回転軸をつなぐ方法（図1３参照）
（５）出力主軸に孔をあけて、回転バーで羽根をつなぐ方法（図1５参照）
（６）出力主軸に固定軸をつなぎ、羽根回転軸を通す方法（図1２（ｆ）参照）
【0087】
回転バー３６ａ、と第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａの接続固定、及び回転バー３６ｂと第１下部羽根１１ｂ、と第２下部羽根１２ｂとの接続固定は、回転バー３６ａと３６ｂの各々において、第１と第２の上部羽根１１ａ、１２ａと、第１と第２の下部の羽根１１ｂ、１２ｂに直接行うか、或いは第１と第２の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａと第１と第２の下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂに接続して行う。
【0088】
図１５は連結バー１８、１９を使用せずに、回転バー３６ａ、３６ｂを用いて、第１と第２の上部羽根１１ａ、１２ａと第１と第２の下部羽根１１ｂ、１２ｂにおいての、羽根軸芯線４２と、羽根の端縁４４を結ぶ面の成す角度θを作ったものである。
【0089】
出力主軸１０を貫通せる軸は回転バー３６ａ、３６ｂのみとして、第１上部固定軸３９ａ及び第１下部固定軸３９ｂと、第２上部固定軸４０ａ及び第２下部固定軸４０ｂは貫通ささず、第１固定軸（３９ａ、３９ｂ）、及び第２固定軸（４０ａ、４０ｂ）は芯棒固定部材１７ａ、１７ｂにより出力主軸１０に固定して、これには回転バー３６a、３６ｂを通す中空部が通っている。この中空部と主軸貫通孔２６a、２６bは回転バー３６ａ、３６ｂの回転に必要な径である。この回転バー３６ａ、３６ｂ、と上部羽根１１ａ、１２ａと下部羽根１１ｂ、１２ｂの回転パイプ固着において、第１上部羽根１１ａと第２上部羽根１２ａとの成す角度θａと第１下部羽根１１ｂと第２下部羽根１２ｂとの成す角度θｂ、を作ったものである。
【0090】
第１及び第２の固定軸３９ａ、４０ａには第１及び第２の上部羽根１１ａ、１２ａに固着された第１及び第２の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａが軸筒として差し込まれている。
第１及び第２の固定軸３９ｂ、４０ｂには第１及び第２の上部羽根１１ｂ、１２ｂに固着された第１及び第２の上部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂが軸筒として差し込まれている。
第１及び第２の固定軸３９ｂ、４０ｂには第１及び第２の上部羽根１１ｂ、１２ｂに固着された第１及び第２の上部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂが軸筒として差し込まれている。
【0091】
第１及び第２の固定軸３９ａ、４０ａ及び第１及び第２の固定軸３９ｂ、４０ｂは中空でありその中を回転バー３６a、３６ｂが通っており、回転バー３６ａの両端が第１及び第２の上部羽根１１ａ、１２ａと角度θを作って固着されている。同様に、回転バー３６ｂの両端が第１及び第２の下部羽根１１ｂ、１２ｂと角度θを作って固着されている。
この角度θａと角度θｂを、上部回転バー３６ａと下部回転バー３６ｂが作る状態が、図１５（ｂ）に示されている。
この角度θａと角度θｂを、上部回転バー３６ａと下部回転バー３６ｂが作る状態が、図１５（ｂ）に示されている。
【0092】
図１６は、出力主軸１０に主軸貫通孔２６a、２６bを作らず、また連結バー１８、１９も使用しないで、上部羽根回転軸１３ａ、１４ａ同士と下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂ同士を接続固定させる方法である。出力主軸１０を中心にした両脇に回転バー３６ａ、３６ｂの軸を通す貫通孔を持った取付版固定部材１７を設けてこれに回転バー３６ａと３６ｂを通し、取付版固定部材１７に固着した羽根固定部材１６に第１上部羽根回転軸１３ａと第１下部羽根回転軸１３ｂを横に並べて設け、また第２上部羽根回転軸１４ａと第２下部羽根回転軸１４ｂを横に並べて設け、これに図1に示したと同様に第１上部羽根と第２上部羽根、第１下部羽根と第２下部羽根を設ける。
この回転バー３６ａに上部羽根回転軸１３ａと１４ａを、また回転バー３６ｂに下部羽根回転軸１３ｂと１４ｂを接続固定する。これにより上部羽根１１ａ、１２ａと下部羽根１１ｂ、１２ｂの羽根の端縁４３ａ、４３ｂは常にずれているが、出力主軸１０を加工せずに水車羽根構造体１を実施するときに適する方法である。
この回転バー３６ａに上部羽根回転軸１３ａと１４ａを、また回転バー３６ｂに下部羽根回転軸１３ｂと１４ｂを接続固定する。これにより上部羽根１１ａ、１２ａと下部羽根１１ｂ、１２ｂの羽根の端縁４３ａ、４３ｂは常にずれているが、出力主軸１０を加工せずに水車羽根構造体１を実施するときに適する方法である。
【0093】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の水車羽根構造体１０１について、詳しく説明する。
図１７は、本実施形態の水車羽根構造体１０１を概略的に示す。図１７（ａ）は、水車羽根構造体１０１の正面図を示し、図１７（ｂ）は、水車羽根構造体１０１の側面図を示す。
次に、第２の実施形態の水車羽根構造体１０１について、詳しく説明する。
図１７は、本実施形態の水車羽根構造体１０１を概略的に示す。図１７（ａ）は、水車羽根構造体１０１の正面図を示し、図１７（ｂ）は、水車羽根構造体１０１の側面図を示す。
【0094】
図１７において、水車羽根構造体１０１は、出力主軸１１０に第１及び第２の羽根固定芯棒１１５、１１６を芯棒として固定し、この第１及び第２の羽根固定芯棒１１５、１１６の外側に、羽根の回転軸として機能する軸筒１３０ａ、１３０ｂ、１３１ａ、１３１ｂを通し、この軸筒が、芯棒を中心にして回転自在に取り付けられた構造（以下、「一軸開閉構造」と言う。）を有することができる。以下に、水車羽根構造体１０１について詳細に悦明する。
【0095】
本実施形態には、図１にある第１及び第２の羽根固定部材１５、１６と、その上下に２本になる第１及び第２の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａ及び第１及び第２の下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂを持ってそれに羽根を取り付けることを行わない。
それに代えて、１本の第１羽根固定芯棒１１５と第２羽根固定芯棒１１６を有し、これを一軸開閉構造の芯棒とし、これに上部羽根１１１ａ、１１２ａと下部羽根１１１ｂ、１１２ｂの回転軸を軸筒として、第１羽根固定芯棒１１５に上部羽根回転軸筒１３０ａと下部羽根回転軸筒１３０ｂを軸が重ならないようにかみあわせて差し込み、第２羽根固定芯棒１１６には上部羽根回転軸筒１３１ａと下部羽根回転軸筒１３１ｂを軸が重ならないようにかみあわせて差し込むことで、出力主軸１１０を中心に挟んで両側方向に伸びる一軸開閉構造とし、これにより第１上部羽根１１１ａと第1下部羽根１１１ｂ、及び第２上部羽根１１２ａと第２下部羽根１１２ｂの開閉を行う。
それに代えて、１本の第１羽根固定芯棒１１５と第２羽根固定芯棒１１６を有し、これを一軸開閉構造の芯棒とし、これに上部羽根１１１ａ、１１２ａと下部羽根１１１ｂ、１１２ｂの回転軸を軸筒として、第１羽根固定芯棒１１５に上部羽根回転軸筒１３０ａと下部羽根回転軸筒１３０ｂを軸が重ならないようにかみあわせて差し込み、第２羽根固定芯棒１１６には上部羽根回転軸筒１３１ａと下部羽根回転軸筒１３１ｂを軸が重ならないようにかみあわせて差し込むことで、出力主軸１１０を中心に挟んで両側方向に伸びる一軸開閉構造とし、これにより第１上部羽根１１１ａと第1下部羽根１１１ｂ、及び第２上部羽根１１２ａと第２下部羽根１１２ｂの開閉を行う。
【0096】
第１羽根固定芯棒１１５と、第２羽根固定芯棒１１６は、芯棒固定部材１１７により出力主軸１１０から略直角に取り付けられている。
第１羽根固定芯棒１１５には、第１上部羽根１１１ａと第１下部羽根１１１ｂを取り付けた一軸開閉構造の軸筒が軸筒の位置を重ならないようにかみあわせて差し込まれている。
第２羽根固定芯棒１１６には、第２上部羽根１１２ａと第２下部羽根１１２ｂを取り付けた一軸開閉構造の軸筒が軸筒の位置を重ならないようにかみあわせて差し込まれている。
第１羽根固定芯棒１１５には、第１上部羽根１１１ａと第１下部羽根１１１ｂを取り付けた一軸開閉構造の軸筒が軸筒の位置を重ならないようにかみあわせて差し込まれている。
第２羽根固定芯棒１１６には、第２上部羽根１１２ａと第２下部羽根１１２ｂを取り付けた一軸開閉構造の軸筒が軸筒の位置を重ならないようにかみあわせて差し込まれている。
【0097】
この第1羽根固定芯棒１１５には、一軸開閉構造の軸筒として第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂを通す。一軸開閉構造の軸筒となる第１上部羽根回転軸筒１３０ａは第１上部羽根１１１ａと固着されている。
第１下部羽根回転軸筒１３０ｂは第１下部羽根１１１ｂと固着されている。
第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第1下部羽根回転軸筒１３０ｂは全数が３個以上の長さに軸長が分割され、第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂは交互に干渉しない間隔であり、第１羽根固定芯棒１１５に通されている。
第１下部羽根回転軸筒１３０ｂは第１下部羽根１１１ｂと固着されている。
第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第1下部羽根回転軸筒１３０ｂは全数が３個以上の長さに軸長が分割され、第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂは交互に干渉しない間隔であり、第１羽根固定芯棒１１５に通されている。
【0098】
第２羽根固定芯棒１１６には、一軸開閉構造の軸筒として第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂを通す。一軸開閉構造の軸筒となる第２上部羽根回転軸筒１３１ａは第２上部羽根１１２ａと固着されている。
第２下部羽根回転軸筒１３１ｂは第１下部羽根１１２ｂと固着されている。
第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂは全数が３個以上の長さに軸長が分割され、第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂは交互に干渉しない間隔であり、第２羽根固定芯棒１１６に通されている。
第２下部羽根回転軸筒１３１ｂは第１下部羽根１１２ｂと固着されている。
第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂは全数が３個以上の長さに軸長が分割され、第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂは交互に干渉しない間隔であり、第２羽根固定芯棒１１６に通されている。
【0099】
第１及び第２の上部羽根回転軸筒１３０ａ、１３１ａは、第１及び第２の上部羽根１１１ａ、１１２ａと固着されている。
第１及び第２の下部羽根回転軸筒１３０ｂ、１３１ｂは、第１及び第２の下部羽根１１１ｂ、１１２ｂと固着されている。
第１及び第２の下部羽根回転軸筒１３０ｂ、１３１ｂは、第１及び第２の下部羽根１１１ｂ、１１２ｂと固着されている。
【0100】
第２の実施形態に係る水車羽根構造体１０１においては、上部羽根１１１ａ、１１２ａと下部羽根１１１ｂ、１１２ｂを、第1の実施形態の如く、上部羽根１１ａ、１２ａと下部羽根１１ｂ、１２ｂを２本の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａと下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂに固着さすことをせずに、上部羽根回転軸筒１３０ａ、１３１ａと下部羽根回転軸筒１３０ｂ、１３１ｂに固着させて、１本の羽根固定芯棒１１５、１１６に通した以外は、水車羽根構造体１と同様の構成と機能を有することができるので、機能についての説明を一部省略する。
【0101】
図１７においては、出力主軸１１０に主軸貫通孔を貫通さすことを行わず、第１及び第２の羽根固定芯棒１１５、１１６を芯棒固定部材１１７により出力主軸１１０に固定する。
【0102】
第1羽根固定芯棒１１５には、第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂが差し込まれている。
第２羽根固定芯棒１１６には、第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂが差し込まれている。
第２羽根固定芯棒１１６には、第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂが差し込まれている。
【0103】
第1上部羽根１１１ａと第２上部羽根回転軸筒１３１ａは連結バー１１８により連結されている。第２下部羽根１１２ｂと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂは連結バー１１９により連結されている。
【0104】
この連結において、第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根１１２ａが、羽根固定芯棒１１５、１１６から羽根の端縁４３ａ、４４ａを結ぶ羽根面の間の角度θａが定めた角度になるように、また同じく、第１下部羽根１１１ｂと第２下部羽根１１２ｂが、羽根固定芯棒１１５、１１６から羽根の端縁４３ｂ、４４ｂを結ぶ羽根面の間の角度θｂが定めた角度になるように、連結バー１１８、１１９の形状と固定角度を定めて接続固定する。
【0105】
ここでは連結バー１１８は、第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根回転軸筒１３１ａを連結し、連結バー１１９は、第１下部羽根回転軸筒１３０ｂと第２下部羽根１１２ｂを連結する。
他の方法として、連結バー１１８によれば、第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根１１２ａを、連結バー１１９によれば 第１下部羽根１１１ｂと第２下部羽根１１２ｂを連結するのもよい。
他の方法として、連結バー１１８によれば、第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根１１２ａを、連結バー１１９によれば 第１下部羽根１１１ｂと第２下部羽根１１２ｂを連結するのもよい。
【0106】
図1の第1の実施形形態の場合は、上部羽根１１ａ、１２ａと下部羽根１１ｂ、１２ｂは、２本の異なる上部羽根回転軸１３ａ、１４ａと下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂにより回転していた。それにより図９の如く、水流が上昇流や下降流の場合、羽根の端縁４３ａ、４４ａと４３ｂ、４４ｂの接触位置にずれが発生したが、第２実施形態の場合は、図１７（ｂ）においての端縁４４ａ と４４ｂの接触形状のまま、第1羽根の端縁４３ａと４３ｂ及び第２羽根の端縁４４ａと４４ｂが、羽根の端縁の接触位置が変わらずに、上昇流や下降流の方向に羽根は閉まる。
【0107】
図１８は、第２の実施形態における、第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根１１２ａ及び第１下部羽根１１１ｂと第２下部羽根１１２ｂの連結においての各種の対応例である。本図においては、第２上部羽根と下部羽根の部分を省略している。
【0108】
（ａ）は第１と第２の連結を羽根回転軸を使い連結バー１１８と１１９で行っているものである。
（ｂ）は第１と第２の連結を第１上部羽根から第２上部羽根へ、又第１下部羽根から第２下部羽根へ、直接連結バー１１８と１１９で行っているものである。
（ｂ）は第１と第２の連結を第１上部羽根から第２上部羽根へ、又第１下部羽根から第２下部羽根へ、直接連結バー１１８と１１９で行っているものである。
【0109】
（ｃ）は羽根固定芯棒１１５、１１６を中空のパイプにして、中空パイプの中に２本の回転バー１３６を通し、その１本で上部羽根１１１ａと上部羽根１１２ａの連結をし、他の１本で下部羽根１１１ｂと下部羽根１１２ｂの連結を行うものである。
【0110】
（ｄ）は回転バー１３６を１本使用するもので、羽根固定芯棒１１５、１１６の中に、回転バー１３６が通る中空孔をもつ羽根固定芯棒１１５、１１６の中で回転する太さの回転パイプ１３７を使用して、第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根１１２ａとを、また、第１下部羽根１１１ｂと第２下部羽根１１２ｂとを、回転パイプ１３７と回転バー１３６とにより連結するものである。
【0111】
（ｅ）は羽根固定芯棒１１５、１１６を持たず、回転パイプ１３７に第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂを通し、同じく、第２上部羽根回転軸筒１３１ａと１３１ｂを通し、回転パイプ１３７と下部羽根回転軸筒１３０ａ、１３１ａとの連結を回転パイプ固着部１４１で行い、回転バー１３６と下部羽根１１１ｂ、１１２ｂの連結を（ｄ）と同様に連結するものである。
（ｆ）は第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂ、及び第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂの並ぶ数を偶数にし、並んだ羽根回転軸筒の端部にある上部羽根回転軸筒１３０ａと、回転パイプ１３７を回転パプ固着部１４１で連結し、同じく端部にある下部羽根回転軸筒１３０ｂと、回転バー１３６を回転パイプ固着部１４１で連結する。この連結において羽根の羽根面の角度θａとθｂを整えることを行うものである。
（ｆ）は第１上部羽根回転軸筒１３０ａと第１下部羽根回転軸筒１３０ｂ、及び第２上部羽根回転軸筒１３１ａと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂの並ぶ数を偶数にし、並んだ羽根回転軸筒の端部にある上部羽根回転軸筒１３０ａと、回転パイプ１３７を回転パプ固着部１４１で連結し、同じく端部にある下部羽根回転軸筒１３０ｂと、回転バー１３６を回転パイプ固着部１４１で連結する。この連結において羽根の羽根面の角度θａとθｂを整えることを行うものである。
【0112】
図１９は、図１８の（ｃ）の構造を詳しく説明する図である。出力主軸１１０に、２本の回転バー１３６を通す主軸貫通孔１２６を設ける。
芯棒固定部材１１７から伸ばした羽根固定芯棒１１５、１１６の中空部と主軸貫通孔１２６の中を２本の回転バー１３６が通り、羽根固定芯棒１１５、１１６の両端から出た回転バー１３６の先端を大きく曲げて第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根を連結し、また第1下部羽根１１１ｂと第２下部羽根１１２ｂとを連結する。
回転バー１３６は大きく曲げられていて、２本の回転バー１３６の回転中心が、第１と第２の上部羽根回転軸筒１３０ａ、１３１ａと、第１と第２の下部羽根回転軸筒１３０ｂ、１３１ｂの回転中心との間に僅かにある回転弧の差をこれが吸収するのであり、接続部に摺動部を設けるなど他の方法でもよい。
芯棒固定部材１１７から伸ばした羽根固定芯棒１１５、１１６の中空部と主軸貫通孔１２６の中を２本の回転バー１３６が通り、羽根固定芯棒１１５、１１６の両端から出た回転バー１３６の先端を大きく曲げて第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根を連結し、また第1下部羽根１１１ｂと第２下部羽根１１２ｂとを連結する。
回転バー１３６は大きく曲げられていて、２本の回転バー１３６の回転中心が、第１と第２の上部羽根回転軸筒１３０ａ、１３１ａと、第１と第２の下部羽根回転軸筒１３０ｂ、１３１ｂの回転中心との間に僅かにある回転弧の差をこれが吸収するのであり、接続部に摺動部を設けるなど他の方法でもよい。
【0113】
図２０は、連結バー１１８、１１９を用いず、出力主軸１１０の主軸貫通孔１２６と芯棒固定部材１１７に固着した羽根固定芯棒１１５、１１６の中空部をもち、これに回転パイプ１３７と回転バー１３６を通し、回転パイプ１３７に第１下部羽根回転軸筒１３０ｂと第２下部羽根回転軸筒１３１ｂを回転パイプ固着部１４１により、定めた角度θａを作って接続固定する。
次に回転バー１３６により第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根１１２ａを定めた角度θｂを作って連結することで、第１と第２の上部羽根と下部羽根の関係が出来上がる。
次に回転バー１３６により第１上部羽根１１１ａと第２上部羽根１１２ａを定めた角度θｂを作って連結することで、第１と第２の上部羽根と下部羽根の関係が出来上がる。
【0114】
図２１について説明する。第２の実施形態は、水流が上下方向に変わるときに合掌したごとき形状のまま角度を変えるのが容易である。即ち、羽根の回転の支点が一つになるので、水流が昇流や降流に上下の角度が変わっても、第１と第２の上部羽根１１１ａ、１１２ａと第１と第２の下部羽根１１１ｂ、１１２ｂの羽根の端縁４３ａと４３ｂ及び、４４ａと４４ｂの接触する位置は変わらない。
【0115】
又、羽根の回転方向は、初動時の回転により決まる。これは、水流は流速にムラがあることにより、流速が早かった方の羽根が捉水側になる性質があるからであり、回転方向を問わない発電機の場合は、水流の性質に回転方向を任せれば良い。しかし使用する発電機が一方方向の回転であることを要求する時は、出力主軸１１０と発電機への連結の中に、カムクラッチの如き逆転防止機構を付けるのがよい。また図２０（ｂ）にある如く水車羽根構造体１に反転防止具１３８を備える。
【0116】
図２１は第２の実施形態における、水流が昇流や降流に対するときの羽根の動きを示したものである。昇流と降流においても羽根の端縁４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂのずれの起きないことを示している。
【0117】
（第３の実施形態）
図２２は、羽根の対を４枚にせず、下部羽根２１１ｂ、２１２ｂのみの２枚にした例である、第１下部羽根２１１ｂと第２下部羽根２１２ｂが角度θｂを持ち、水流により
捉水側の羽根が立ち、逃水側の羽根が横になって水を逃がすことは、第1の実施形態の上部羽根１１ａ、１２ａが無い状態と同じであるが、連結バー１９が、出力主軸１０に接してストッパーになることを要する。
図２２は、羽根の対を４枚にせず、下部羽根２１１ｂ、２１２ｂのみの２枚にした例である、第１下部羽根２１１ｂと第２下部羽根２１２ｂが角度θｂを持ち、水流により
捉水側の羽根が立ち、逃水側の羽根が横になって水を逃がすことは、第1の実施形態の上部羽根１１ａ、１２ａが無い状態と同じであるが、連結バー１９が、出力主軸１０に接してストッパーになることを要する。
【0118】
実施テストにより比較したところ、層流の時の出力には差が無いものの、水流が上下に乱れた時は出力が半減した。
【0119】
ストッパーの無いものは、水流の小さいときは回転するが水流の流速が大きくなると捉水側の羽根は水流に流され、逃水側は水流に抵抗になる位置に立ち角度θｂが上下に等分割された位置でバランスして回転は得られない。
【0120】
ストッパーをつけると、水平の層流においては、4枚羽根と差のない回転をするが、上昇流と下降流を模して、水車を水流方向へ傾けると回転は１／２以下に落ち、或いは回転しない。昇流においては、図２３（ｃ）の如く、捉水側の羽根が十分に開かず充分に水を捉えることが出来ない。また下降流においては図２３（ｃ）の如く逃水側が十分に水流に添わないということがある。
【0121】
（実施の環境）
次に、水車羽根構造体を用いた海流発電の川における水流れ及び海における海流と潮流の環境について説明する。
まず上記実施形態で説明した水車羽根構造体１、または水車羽根構造体１０１を備えた発電装置の設置の適地について説明する。日本は海に囲まれているゆえに降雨が多く、山岳傾斜地であるので大小の河川が多く流速が早い。また海には海流と潮流があり、これら未使用のエネルギーが多い。しかし流速と水流の方向は不定期に代わるものであり、また水上は他の用途に使用されることがあるものである。
本発明はこれらのことにより使用を躊躇していた水流からのエネルギー取得を考えたものである。陸上にある用水路のような水流においては川底に、海においては海底に置くだけで発電できるという特徴も持つ。
次に、水車羽根構造体を用いた海流発電の川における水流れ及び海における海流と潮流の環境について説明する。
まず上記実施形態で説明した水車羽根構造体１、または水車羽根構造体１０１を備えた発電装置の設置の適地について説明する。日本は海に囲まれているゆえに降雨が多く、山岳傾斜地であるので大小の河川が多く流速が早い。また海には海流と潮流があり、これら未使用のエネルギーが多い。しかし流速と水流の方向は不定期に代わるものであり、また水上は他の用途に使用されることがあるものである。
本発明はこれらのことにより使用を躊躇していた水流からのエネルギー取得を考えたものである。陸上にある用水路のような水流においては川底に、海においては海底に置くだけで発電できるという特徴も持つ。
【0122】
例えば扇状地の農業改良区を流れる、農水路では巾１ｍ深さ５０ｃｍほどの用水が、約３ｍ／秒の流速で流れていている。ここに水底に置くことで本発明の水車羽根構造体を流路中に備えるのである。日本において未使用の水路は多いので有効である。
【0123】
また、海においては、日本列島の沿岸には、南海トラフと日本海溝に向かう海底傾斜の途中に水深５０－２００ｍの海底がある、図２４には、日本周辺の水深２００ｍの等深線と海岸線の間３０１を黒色で示してある。これに示す如くこの総面積は２０００ｋｍ２以上で、この総延長距離は約２０００ｋｍである。ここには遅速はあるもの、また流れの方向がさまざまに変化するものの、常に流れがあるのである。この空気の１０００倍の密度を持った流体の移動エネルギーを活用すべきである。設置の出来る水深の海底が適地である。
【0124】
この中にある水深が５０ｍ～１５０ｍの適地の総面積は２００ｋｍ２以上である。ここに１００ｍ間隔で設置すると、１０万基になり、それが１０００ｋＷであって稼働率を５０パーセントとしても５０００万ｋＷとなることになる。即ち海岸線を考えただけでも日本の必要発電能力の２億ｋＷの２５パーセントという膨大なエネルギーが身近にあることを我々は見過している。
【0125】
さらに黒潮などの海流と潮流を考えるとこの値はさらに大きくなる。
日本沿岸を流れる海流である黒潮は、蛇行はあるものの１００ｋｍの巾を持ち流れは止まらずに流れ続ける。これのエネルギーを取得するには、装置の固定が必要である。海底に固定する場合、水深５０－１５０ｍが好ましく。黒潮がその水深を通る場所がある。
例えば屋久島周辺であり、足摺岬の沖、室戸岬の沖、潮の岬の沖、伊豆小笠原海嶺などである。
日本沿岸を流れる海流である黒潮は、蛇行はあるものの１００ｋｍの巾を持ち流れは止まらずに流れ続ける。これのエネルギーを取得するには、装置の固定が必要である。海底に固定する場合、水深５０－１５０ｍが好ましく。黒潮がその水深を通る場所がある。
例えば屋久島周辺であり、足摺岬の沖、室戸岬の沖、潮の岬の沖、伊豆小笠原海嶺などである。
【0126】
図２５には伊豆小笠原海嶺を示した。白色で示した島の周辺にある水深１００ｍの等深線までを黒色で示し、その周辺の２００ｍの等深線を実践で示した。
黒潮の流れる１００ｋｍ～３００ｋｍの沖には、海蝕棚の銭洲ＺＳが有り、渡り世ＷＳがあり、銭洲海嶺の根元にある、神津島ＫＳ、新島ＮＳ、利島ＴＳの海嶺は、水深と黒潮の流路であることより適地である。一方、大島ＯＳの南１０ｋｍにある大室出シＯＤは、黒潮の流路の近くにあり水深１００ｍの平坦な浅瀬が１００ｋｍ２あり、これらは水車羽根構造体を設置する適地である。
黒潮の流れる１００ｋｍ～３００ｋｍの沖には、海蝕棚の銭洲ＺＳが有り、渡り世ＷＳがあり、銭洲海嶺の根元にある、神津島ＫＳ、新島ＮＳ、利島ＴＳの海嶺は、水深と黒潮の流路であることより適地である。一方、大島ＯＳの南１０ｋｍにある大室出シＯＤは、黒潮の流路の近くにあり水深１００ｍの平坦な浅瀬が１００ｋｍ２あり、これらは水車羽根構造体を設置する適地である。
【0127】
さらに小笠原海嶺を南に下って三宅島ＭＳ、御蔵島ＭＫＳ、さらに下って八丈島ＨＳがあるが、その手前に黒瀬海穴ＫＫがある、ここには１００ｍ水深の平坦部が約１００ｋｍ２あり、ここも活用できる。八丈島ＨＳの周辺には１００ｋｍ２の平坦部がある。
【0128】
黒潮には蛇行がある、流れ方向の変化には水車羽根構造体１、１０１は適するが、黒潮の流路に合わせて移動することは出来ない。従って黒潮の流れが移動した時は、どの流路でも直交している尾根であり、流れが日本海嶺側に越えて抜ける位置にある小笠原海嶺の中に、位置を離して複数の地点に設置すれば、いかに蛇行しても海流を掴むことが出来るので、その方法により複数の発電装置の発電は平準化される。その設置の適地は図２５に示す伊豆小笠原海嶺の島々の周辺にある。
【0129】
黒潮の本流を掴むことが望ましいが、海流の流路の移動は、台湾沖や冷水塊の影響により発生するので避けられない。受け取るエネルギーは流速の３乗であるので、巾１００ｍの外側の流速の遅い海流や随伴流においては取得エネルギーが小さくなるが、多数の発電装置によることで総量は変わらない。図５に符号３０７で示した細線は、海底電線を敷設するのに適するコースを示したものである大島ＯＳから相模灘を避けて伊豆半島につなぐ海底電線を上陸させるに適する場所としては東伊豆ＨＩがよい。
【0130】
海流の特徴には、特段に早い流速は発生しない性質がある、最大流速を３ｍ／秒として腐食による劣化を考慮して構造物の設計をすればよく、常に低い流速である黒潮の流路から外れた位置においては、低速の流速に対応できる羽根面積の大きい水車羽根構造体とする。
【0131】
海底に設置する本水車羽根構造体においては、海流が嵐の影響も無く一定の速度で流れ続けることを活用する。海水による腐食は避けられないが、海上の如く酸素の補給が十分にない海中においては、腐食の速度は海上の１／１０以下である。
【0132】
海中構造物の設置は海産物を豊かにする効果がある、しかし羽根に対する生物の付着は塗料や材質により減らせるが避けられない。従って数年に一度、海上に上げての清掃と保守を行うことが必要であり、発電装置はそれを考慮して制作する。
水車羽根構造体１、１０１の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａと下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂは軸受２０、２１の中で、繰り返し往復運動をしている、海中の回転物は、軸受けとの間の水潤滑で摩耗を防ぐが、水潤滑の軸受けの耐久力は１００万回だと言われるので数年で軸受け交換をする。
水車羽根構造体１、１０１の上部羽根回転軸１３ａ、１４ａと下部羽根回転軸１３ｂ、１４ｂは軸受２０、２１の中で、繰り返し往復運動をしている、海中の回転物は、軸受けとの間の水潤滑で摩耗を防ぐが、水潤滑の軸受けの耐久力は１００万回だと言われるので数年で軸受け交換をする。
【0133】
蛇行による流れ方向の変化に対しては、本発明の海流発電装置の水車羽根機構は有効に機能する。随伴流に入って流れが変わる時も同様である。
【0134】
図２４の津軽海峡３０２、瀬戸内海３０４、瀬戸内海西部３０５、佐世保、天草周辺３０６には潮流からエネルギーを取得するのに適する場所が多い。潮流は毎日２回流れが反転するが本水車羽根構造体１、１０１はそれに適する。選んだ場所における最大流速は通年変わらない特徴がある。
【0135】
潮流発電の適地は航路でもある。そこで水深２７ｍより下に設置するのである、本発明の水車羽根構造体はこれに適する。建設も他で組み立てた装置を、現場に降ろすだけの短時間作業を行う。
高性能のクレーン船を用いるが、これらの技術はすでに確立しているので記述を省略する。海中への設置技術と海中の送電技術については、技術が確立しているので、説明を省略する。
高性能のクレーン船を用いるが、これらの技術はすでに確立しているので記述を省略する。海中への設置技術と海中の送電技術については、技術が確立しているので、説明を省略する。
【0136】
海流発電の設置適地は漁業の適地でもあり、また外航船の航路であることが多い、人工の深い建造物は、漁礁よりも海を豊かにするという、テスト結果もあるが、設置場所を漁業に適するように計画する。水深２７ｍより下であるから航路との住み分けは出来るが、設置時の建設時間を短くする必要がある。
【0137】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【0138】
１：水車羽根構造体
１０：出力主軸
１１ａ：第1上部羽根
１２ａ：第２上部羽根
１１ｂ：第１下部羽根
１２ｂ：第２下部羽根
１３ａ、１４ａ：上部羽根回転軸
１３ｂ、１４ｂ：下部羽根回転軸
１５、１６：羽根固定部材
１７、１７ａ、１７ｂ：取付板固定部材
１８、１９：連結バー
２０、２１：軸受
２２、２４：捉水表面
２３、２５:捉水背面
２６ａ、２６ｂ：主軸貫通孔
３６ａ、３６ｂ：回転バー
３７：回転パイプ
３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ：固定軸
４２ａ、４２ｂ：羽根軸芯線
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ：端縁
４５ａ、４５ｂ、４６、４６ｂ：羽根面
１０１：水車羽根構造体
１１０：出力主軸
１１１ａ：第1上部羽根
１１２ａ：第２上部羽根
１１１ｂ：第１下部羽根
１１２ｂ：第２下部羽根
１１５、１１６：羽根固定芯棒
１１７：芯棒固定部材
１１８、１１９：連結バー
１２２、１２４：捉水表面
１２３、１２５:捉水背面
１２６：主軸貫通孔
１３０ａ、１３１ａ：上部羽根回転軸筒
１３０ｂ、１３１ｂ：下部羽根回転軸筒
１３６：回転バー
１３７：回転パイプ
１３８：反転防止具
１４１：回転パイプ固着部
２０１、２０２、２０３：出力曲線
２０４：平準化曲線
２１０：出力主軸
２１１ｂ：第１下部羽根
２１２ｂ：第２下部羽根
１０：出力主軸
１１ａ：第1上部羽根
１２ａ：第２上部羽根
１１ｂ：第１下部羽根
１２ｂ：第２下部羽根
１３ａ、１４ａ：上部羽根回転軸
１３ｂ、１４ｂ：下部羽根回転軸
１５、１６：羽根固定部材
１７、１７ａ、１７ｂ：取付板固定部材
１８、１９：連結バー
２０、２１：軸受
２２、２４：捉水表面
２３、２５:捉水背面
２６ａ、２６ｂ：主軸貫通孔
３６ａ、３６ｂ：回転バー
３７：回転パイプ
３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ：固定軸
４２ａ、４２ｂ：羽根軸芯線
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ：端縁
４５ａ、４５ｂ、４６、４６ｂ：羽根面
１０１：水車羽根構造体
１１０：出力主軸
１１１ａ：第1上部羽根
１１２ａ：第２上部羽根
１１１ｂ：第１下部羽根
１１２ｂ：第２下部羽根
１１５、１１６：羽根固定芯棒
１１７：芯棒固定部材
１１８、１１９：連結バー
１２２、１２４：捉水表面
１２３、１２５:捉水背面
１２６：主軸貫通孔
１３０ａ、１３１ａ：上部羽根回転軸筒
１３０ｂ、１３１ｂ：下部羽根回転軸筒
１３６：回転バー
１３７：回転パイプ
１３８：反転防止具
１４１：回転パイプ固着部
２０１、２０２、２０３：出力曲線
２０４：平準化曲線
２１０：出力主軸
２１１ｂ：第１下部羽根
２１２ｂ：第２下部羽根
【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15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【手続補正書】
【提出日】2023-02-27
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水流発電装置用の水車羽根構造体であって、
上下方向に延伸する出力主軸と、
前記出力主軸に接続固定され、前記出力主軸の延伸方向に交差する第１の方向に延伸しており、前記出力主軸を中心に挟んで両側に配置された第１及び第２羽根固定部材と、
前記第１の方向に延伸しており、前記第１羽根固定部材に、軸芯を中心に回転可能に取り付けられた第1上部羽根回転軸及び第1下部羽根回転軸と、
前記第１の方向に延伸しており、前記第２羽根固定部材に、軸心を中心に回転可能に取り付けられた第２上部羽根回転軸及び第２下部羽根回転軸と、
前記第1及び第２上部羽根回転軸の前記第1の方向に延伸する軸部のそれぞれに取り付けられた第1及び第２上部羽根と、
前記第1及び第２下部羽根回転軸の前記第1の方向に延伸する軸部のそれぞれに取り付けられた第1及び第２下部羽根と、を備え、
前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸は、前記軸部のそれぞれに取り付けられた前記第1及び第２上部羽根の羽根面が、前記第１の方向から見て、所定の角度を成すように、上部連結バーにより接続固定されて、一体に回転するように構成されており、
前記第1下部羽根回転軸と前記第２下部羽根回転軸は、前記軸部のそれぞれに取り付けられた前記第1及び第２下部羽根の羽根面が、前記第１の方向から見て、所定の角度を成すように、下部連結バーにより接続固定されて、一体に回転するように構成されており、
前記第1及び第２上部羽根回転軸と前記第１及び第２下部羽根回転軸とは、互いに独立に回転するように構成されていることを特徴とする水車羽根構造体。
上下方向に延伸する出力主軸と、
前記出力主軸に接続固定され、前記出力主軸の延伸方向に交差する第１の方向に延伸しており、前記出力主軸を中心に挟んで両側に配置された第１及び第２羽根固定部材と、
前記第１の方向に延伸しており、前記第１羽根固定部材に、軸芯を中心に回転可能に取り付けられた第1上部羽根回転軸及び第1下部羽根回転軸と、
前記第１の方向に延伸しており、前記第２羽根固定部材に、軸心を中心に回転可能に取り付けられた第２上部羽根回転軸及び第２下部羽根回転軸と、
前記第1及び第２上部羽根回転軸の前記第1の方向に延伸する軸部のそれぞれに取り付けられた第1及び第２上部羽根と、
前記第1及び第２下部羽根回転軸の前記第1の方向に延伸する軸部のそれぞれに取り付けられた第1及び第２下部羽根と、を備え、
前記第1上部羽根回転軸と前記第２上部羽根回転軸は、前記軸部のそれぞれに取り付けられた前記第1及び第２上部羽根の羽根面が、前記第１の方向から見て、所定の角度を成すように、上部連結バーにより接続固定されて、一体に回転するように構成されており、
前記第1下部羽根回転軸と前記第２下部羽根回転軸は、前記軸部のそれぞれに取り付けられた前記第1及び第２下部羽根の羽根面が、前記第１の方向から見て、所定の角度を成すように、下部連結バーにより接続固定されて、一体に回転するように構成されており、
前記第1及び第２上部羽根回転軸と前記第１及び第２下部羽根回転軸とは、互いに独立に回転するように構成されていることを特徴とする水車羽根構造体。
【請求項2】
前記第1及び第２上部羽根の羽根面の成す前記角度が、８０度～１２０度の範囲で設定されており、
前記第1及び第２下部羽根の羽根面の成す前記角度が、８０度～１２０度の範囲で設定されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
前記第1及び第２下部羽根の羽根面の成す前記角度が、８０度～１２０度の範囲で設定されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
【請求項3】
前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸が、前記第１羽根固定部材の上下に対向して配置され、
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸が、前記第２羽根固定部材の上下に対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸が、前記第２羽根固定部材の上下に対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
【請求項4】
前記第１及び第２羽根固定部材は、パイプ状又は棒状の第１及び第２羽根固定芯棒を含み、
前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第１羽根固定芯棒に挿入した第１上部羽根回転軸筒及び第１下部羽根回転軸筒を含み、
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第２羽根固定芯棒に挿入した第２上部羽根回転軸筒及び第２下部羽根回転軸筒を含み、
前記第1及び第２上部羽根が前記第１上部羽根回転軸筒及び前記第２上部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられ、
前記第1及び第２下部羽根が前記第１下部羽根回転軸筒及び前記第２下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
前記第1上部羽根回転軸及び前記第1下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第１羽根固定芯棒に挿入した第１上部羽根回転軸筒及び第１下部羽根回転軸筒を含み、
前記第２上部羽根回転軸及び前記第２下部羽根回転軸は、内孔を有するパイプ形状を有し、当該内孔を前記第２羽根固定芯棒に挿入した第２上部羽根回転軸筒及び第２下部羽根回転軸筒を含み、
前記第1及び第２上部羽根が前記第１上部羽根回転軸筒及び前記第２上部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられ、
前記第1及び第２下部羽根が前記第１下部羽根回転軸筒及び前記第２下部羽根回転軸筒のそれぞれに取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の水車羽根構造体。
【請求項5】
前記第1上部羽根と前記第1下部羽根が開くことにより、前記第1上部羽根回転軸と前記第１下部羽根回転軸が互いに反対方向に回転することに対応して、前記上部連結バーにより前記第1上部羽根回転軸に接続固定された第２上部羽根回転軸と、前記下部連結バーにより前記第１下部羽根回転軸に接続固定された前記第２下部羽根回転軸が反対方向に回転し、前記第２上部羽根と前記第２下部羽根の端縁が合わさって、前記第２上部羽根と前記第２下部羽根が閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
【請求項6】
前記第1及び第２上部羽根の羽根面が前記第1の方向から見て上側が開いた略くの字形状となるように互いに交差して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
【請求項7】
前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根は、延伸方向に湾曲した形状で延伸しており、
前記第１上部羽根と前記第１下部羽根の端縁が合わさって閉じたときに、前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根の湾曲面が互いに対向するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
前記第１上部羽根と前記第１下部羽根の端縁が合わさって閉じたときに、前記第1上部羽根及び前記第1下部羽根の湾曲面が互いに対向するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水車羽根構造体。
【請求項8】
前記請求項１から請求項７に記載の水車羽根構造体を、前記出力主軸に、当該出力主軸の延伸方向に多段に装着したことを特徴とする水車羽根構造。