(57)【要約】  【課題】  水力発電装置において、揚水ポンプ等の動力を使用しないで水資源を揚水し再利用する循環型の発電システムを提供する。  【解決手段】  昇降路と衝撃吸収構造物及びワイヤー等のロープで接続され水を収容／排水できる昇降籠を夫々２組備える構造物において、当該衝撃吸収構造物は当該昇降路と隔てる可動隔壁とその内部に開閉を制御できる開閉口と、貯水槽に連絡する複数の導水管と個々の当該導水管の開閉を制御するバルブ及び逆止弁から構成する。  前記昇降籠への給排水を適時制御して上下動させたとき自由落下した際の衝撃力は、降下サイクル毎に前記可動隔壁下の当該昇降籠収容相当分を前記逆止弁上の位置に揚水する圧力に変換され、他動力を必要としない揚水ポンプのように作用し前記貯水槽に揚水することができる。  このように上下動を継続する前記ロープのプーリの軸に連絡した発電タービンから、発電出力を得ることが可能である。  【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降路と衝撃吸収構造物及び昇降籠を夫々２組備え、当該昇降籠はワイヤー等のロープで接続され当該昇降路内を交互に上下動することを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の昇降路において、上部に開閉を制御できる配水口を下部に排水口を備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の昇降籠において、上部に開閉を制御できる取水口を下部に開閉を制御できる排水口を備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の衝撃吸収構造物において、前記昇降路と隔てる可動隔壁と当該可動隔壁内に開閉を制御できる開閉口を備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項５】
請求項２に記載の昇降路において、貯水槽に連絡する複数の導水管と個々の当該導水管の開閉を制御するバルブ及び逆止弁あるいは逆止弁が一体となったバルブを備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記昇降路において、前記可動隔壁の所定位置の前後に導水管と更にその下に排水の導水管と夫々の当該導水管の開閉を制御できるバルブを備え、当該可動隔壁下及び上に収容する貯水量を調整できることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項７】
請求項３に記載の昇降籠において、側面にバネと共に支持されるローラを複数備え、前記昇降路の内壁との摩擦軽減しいては当該昇降籠の周動を円滑にすることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項８】
請求項４に記載の衝撃吸収構造物において、前記可動隔壁は公知のショックアブソーバと支持体で支持され、当該ショックアブソーバにかかっていた圧力が開放されたとき当該可動隔壁を所定位置に戻すように作用させることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項９】
前記昇降籠の上部に受電管とその鉛直上部に送電管を備え、当該送電管から当該昇降籠に制御電源を供給することで可動する電源ケーブルを排除することを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１０】
前記昇降籠が上下動しているとき前記ロープを支持しているプーリも正逆回転が繰返され、発電手段に当該プーリと機械的に結合している軸に連絡した発電タービンにより電力を得ることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１１】
貯水槽とその内部に２組の軽量タンクを備え、当該軽量タンクの入水路は当該貯水槽内に出水路は前記昇降路の配水口に接続し何れも開閉を制御できるバルブを備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１２】
前記昇降路の中間上部に巻取りリールと公知のブレーキユニットを備え、当該巻取りリールにはワイヤー等のロープを巻きつけ両端は前記昇降籠に接続して、異常を検知したとき当該ブレーキユニットを作動させ当該昇降籠の上下動を非常停止できることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１３】
当該昇降籠の底部にロックロッドと当該可動隔壁にガイド穴とその下側にスプリングで支持された可動プレートと固定プレート及びロックの解除に公知の電磁ソレノイドとカム構造を備える。これにより前記昇降籠と前記可動隔壁が結合した際のバウンドを防止することを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１４】
請求項１に記載のロープにおいて、当該ロープとプーリ及び断線検出手段の機構をひとつ以上備えることで、機械的疲労等で同時に断線する確率は低く断線による事故を未然に回避可能とすることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然エネルギーを利用する水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電手段には火力及び原子力等の化石燃料を利用する発電装置と、ダムに代表される水力発電と風力及び太陽光等の自然エネルギーを利用する発電装置に大別される。
【０００３】
火力及び原子力発電装置は、いずれも作りだした熱で蒸気を発生させタービンを回して電力を得ており、前者は石油／石炭などの化石燃料を燃焼させ後者は核分裂反応で生じる熱を利用する。その発電出力は大きく電力需要の大半を担っている。
【０００４】
ダムに代表される水力発電装置は、媒体の水資源が上方より下方に落下する際の位置エネルギーを利用して導管中に設けたプロペラで回転運動に変換してタービンを回して電力を得ている。
【非特許文献１】フリー百科事典「ウィキペディア」  水力発電
【非特許文献２】フリー百科事典「ウィキペディア」  ショックアブソーバ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水資源などの自然エネルギーを利用する発電装置は、地球環境に優しい発電手段として周知されているが既存ダムに代表されるように渇水すると発電できないなど、その発電出力は気象条件に左右され安定した電力源に至っていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、発電に供した水資源を新たなエネルギーの投入無く循環させて再利用し、安価で安定した電力を得る水力発電装置に関する。
【０００７】
昇降路内を上下動する昇降籠を有する構造物において、上下動を繰り返す２組の当該昇降籠を接続しているロープ延長上のプーリは正逆回転しており、当該プーリの軸に連絡した発電タービンで電力を得ることができる。当該昇降籠が上下動する機能の実現に水を収容／排水できる構造とするが、循環式とするため排水した水を揚水するのに揚水ポンプなどの動力を使用すれば電力を得ることはできない。
【０００８】
前記昇降籠の降下の際には当該昇降籠の質量と高さに比例する衝撃力を発生するが、何ら制御が無ければ僅か数サイクルで破壊に至ることは容易に推測できる。逆に揚水の圧力に還元すれば外部から動力を投入せずに揚水することができる。
【０００９】
安定した前記昇降籠の上下動を実現するには、降下の際の衝撃力を大きく損なうこと無く当該昇降籠の降下速度を徐々に減速させなければならない。この解決には当該昇降籠に収容した水以上を前記昇降路下部に満たし、導水管で徐々に流量を制限すれば当該昇降籠の降下速度も同様に徐々に減速しやがて停止させることができる。このとき当該導水管の出水口はパスカルの原理にある物理法則により衝撃力と等価の圧力が生じ、当該昇降籠に収容した水以上を揚水することができる。
【００１０】
この機能の実現には前記昇降路下部に当該昇降路と隔てる隔壁を可動構造とし、降下する前記昇降籠と一緒に下降させ当該可動隔壁にかかる衝撃を緩和させるとともに、流量の制御に複数の導水管と個々の当該導水管の開閉を制御できるバルブを備える。当該可動隔壁の下降とともに前記導水管の開閉を順次"閉"に制御することで当該可動隔壁下に収容した水は導水管に導かれ貯水槽に揚水することができる。即ち衝撃吸収構造物の機能を有する。
【００１１】
前記昇降籠に収容した水を前記可動隔壁下に収容して次の降下サイクルに備えるため、当該可動隔壁内に開閉を制御できる開閉口を備える。前記昇降路の下限に達する前後に当該開閉口を"開"に制御して当該可動隔壁下に収容する。
【００１２】
これだけでは前記可動隔壁は下限位置にとどまった状態のままなので、当該可動隔壁を所定位置に押し上げるために公知のショックアブソーバと支持体で支持する。当該ショックアブソーバはスプリングと油圧による蓄圧機構を内包しており、前記昇降籠が降下した際の衝撃力を蓄圧し荷重が軽減したとき所定位置に戻すことができる。
【００１３】
上限に位置している他方の昇降籠に水を収容して前述のような制御をしたとき当該両昇降籠は上下動を継続することができる。以上のように揚水ポンプなどの動力を使用しないで水資源を揚水することができる。
【００１４】
前述の制御にかかる消費電力は制御システム及び開閉口の開閉を司るモータ等の制御電源電圧のみで、前記昇降籠が上下動する位置エネルギーから得られる電力と比較すれば遥かに少ない。結果、外部からエネルギーを投入することなく発電することができる。
【発明の効果】
【００１５】
自然エネルギーを利用する発電装置であっても、水資源を循環させ再利用するので気象条件に影響されない安価で安定した電力を得ることができる。
【００１６】
石油／石炭などの化石燃料を燃焼させる必要が無いため、低コストで発電でき地球温暖化の一要因とされる二酸化炭素も一切排出しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
水資源を再利用して再び発電に供する目的のために、昇降路と衝撃吸収構造物及び昇降籠を夫々２組備え、当該昇降籠をワイヤー等のロープで接続し当該昇降路内を交互に上下動するように適時制御して実現する。水がかかる恐れのある各制御のモータ等電装部品は公知の防水処理を施す筐体に収容する。
【００１８】
実施例１では昇降路と昇降籠の断面を４角形としているが円形及び６角形など多角形としてもよい。また媒体を水資源としているが基本的に循環する方式で装置外部に流出しない構造のため、媒体は例えば粒子が微細にコントロールされた泥水等他流体の使用も可能である。
【実施例１】
【００１９】
図１に本発明に係る水力発電装置の第一実施形態の斜視図を示す。図より大きくは昇降路構造物１０ａと１０ｂ及び昇降籠２０ａと２０ｂ及び貯水槽９０と夫々の当該昇降路構造物下部に図示されていない衝撃吸収構造物を有する。
【００２０】
前記昇降路構造物内に昇降路１１ａと１１ｂ及びその上部に配水口１２ａ及び１２ｂを有しており、"開"に制御したとき前記貯水槽内の水を前記昇降籠に配水する。
【００２１】
前記昇降路構造物の上部にプーリ支持構造物１３ａから１３ｃとプーリ１４ａから１４ｃ及びワイヤー等のロープ１６を有し、前記ロープの一端は前記昇降籠２０ａの上部に他端は昇降籠２０ｂの上部に接続しており当該昇降籠は前記昇降路内を上下動する。プーリ軸１５は前記プーリと機械的に結合しており当該昇降籠の上下動に応じ正逆回転する。
【００２２】
図３及び図４に昇降籠の第一実施形態の斜視図を示す。図より上部に取水口２１と下部に排水口３０及び当該排水口の蓋をロックするロック装置４０そして複数のローラ装置５０ａから５０ｆを有する。
【００２３】
前記取水口の開閉機構は、減速器付モータ２３と当該モータの軸と連絡したピニオンギア２５及び取水口蓋２２と当該蓋に機械的に結合しているインナーギア２４を有し、当該モータの回転で当該インナーギアが周動し当該取水口蓋が開閉する。蓋ガイドロッド２６はショックアブソーバの構造を有し蓋が開く際の開放速度を制限する。
【００２４】
前記排水口の開閉機構は、減速器付モータ３２ａと当該モータの軸と連絡したピニオンギア３３ａ及び排水口蓋３１ａと当該蓋に機械的に結合しているインナーギア３４ａと排水口蓋３１ｂは３１ａと同じ構成を有し、当該モータの回転で当該インナーギアが周動し当該排水口蓋が開閉する。ストッパー板３６ａと３６ｂは外圧による当該蓋の内部への移動を制限し、蓋ガイドロッド３７ａと３７ｂはショックアブソーバの構造を有し当該モータを駆動しなくても蓋が開く際の開放速度を制限する。
【００２５】
前記排水口蓋のロック装置４０は、ロック支持体４１と電磁ソレノイド４２及び可動プレート４３を有し、当該電磁ソレノイドを励磁すると当該可動プレートを前記排水口蓋下に挿入する。これにより当該昇降籠に給水され荷重が掛かっている状態で、前記モータに通電していなくても当該蓋が閉まっている状態を保持できる。
【００２６】
図７にローラ装置の組図を示す。ローラ５１はローラ受５７に支持され板バネ５６ａと５６ｂにより前記昇降路の内壁側にあるが、前記ローラ受けの軸受の長穴ストローク分移動できる。前記昇降籠へは外部から当該昇降籠の骨組みに取付け、必要に応じ複数装着し前記昇降路との摩擦低減を図る。
【００２７】
図５及び図６に可動隔壁の第一実施形態の斜視図を示す。前記昇降路と隔てる可動隔壁６１と当該可動隔壁内に開閉口６２と当該開閉口の開閉機構及び公知のショックアブソーバ１８ａから１８ｄと支持体１７ａから１７ｄを有する。当該可動隔壁は周囲のゴム等の弾性体によるシール１９により当該昇降路の内壁と密にしているため、当該可動隔壁下の貯水は開閉口６１ａ及び６１ｂが閉じているとき当該昇降路内に容易に流出しない。
【００２８】
公知のショックアブソーバはスプリングと油圧による蓄圧機構を内包するが、当該ショックアブソーバの制動力は前記昇降籠が降下した際の衝撃力に比較して小さいため前記昇降籠の降下を減速させる効果は期待できない。ここでは前記昇降籠が降下した際の衝撃力を蓄圧し、負荷が軽減したとき前記可動隔壁を所定位置に押し上げる役割を担う。
【００２９】
前記可動隔壁の開閉口の開閉機構は、減速器付モータ６４ａと当該モータの軸と連絡したピニオンギア６５ａ及び開閉口蓋６３ａと当該蓋に機械的に結合しているアーム６７ａ及びボールネジ６６ａとボールネジテーブル６８ａ及び開閉口蓋６３ｂは６３ａと同じ構成を有し、当該モータの回転で当該ボールネジテーブルが周動し当該アームが移動して当該可動隔壁下に開閉する。蓋ガイドロッド６９ａと図示されていない６９ｂはショックアブソーバの構造を有し当該モータを駆動しなくても蓋が開く際の開放速度を制限する。
【００３０】
前記開閉口蓋のロック機構は前記ロック装置４０と同じ構成を有し、当該電磁ソレノイドを制御して当該可動プレートを前記開閉口蓋下に挿入する。これにより当該可動隔壁に荷重が掛かっている状態で、前記モータに通電していなくても当該蓋が閉まっている状態を保持できる。
【００３１】
図２の構造説明図を参照して動作を説明する。
昇降籠２０ａと２０ｂはロープ１６で夫々の上端に接続しており、当該内部の水収容の有無により質量が異なり、より質量が重い当該昇降籠は昇降路１１ａ及び１１ｂ内を下降する。これより当該昇降籠へ交互に水収容と排水を繰り返すと当該昇降路内を交互に上下動を継続する。
【００３２】
図２より昇降籠２０ｂは水が収容され可動隔壁６１ｂを押し下げ下限に位置している。当該昇降籠が当該可動隔壁に到達する前、複数の電磁バルブ７３ｋから７３ｔは全て"開"に、当該可動隔壁上の開閉口と当該昇降籠の取水口及び排水口は"閉"に制御する。これにより当該可動隔壁下の水は当初制約が少なく複数の導水管７０ｋから７０ｔに導かれ貯水槽９０に揚水される。このとき当該可動隔壁は当初当該昇降籠と同速度で降下するため当該可動隔壁にかかる降下の衝撃は大きく緩和される。個々の前記電磁バルブに接続する逆止弁７２ｋから７２ｔは前記貯水槽からの逆流を防止する。
【００３３】
本発明の方式では、前記昇降籠が降下するサイクル毎に当該昇降籠の収容相当分を前記貯水槽に揚水すればよく、降下の衝撃力は当該可動隔壁下に圧力として伝達され前記導水管の出水口に衝撃力と等価な揚水力が得られる。
【００３４】
前記可動隔壁上部に媒体と同じ水を充当量満たしたとき前記昇降籠は先に水に到達する。降下の衝撃力が充分に大きくても、先行して当該可動隔壁は降下し始めるので当該昇降籠と当該可動隔壁にかかる衝撃を緩和できる。また、前記昇降籠の減速ストロークは前記衝撃吸収構造物内の貯水量に決定されるため、当該可動隔壁前後の電磁バルブ７５ａから７５ｄと排出口７７ａと７７ｂ夫々の電磁バルブ７６ａと７６ｂを制御して適正にする。
【００３５】
当該昇降籠の降下速度は複数の電磁バルブ７３ｋから７３ｔを"開"から"閉"に順次制御することで流量が制限され順次減速し全て"閉"にすると停止する。当該昇降籠が当該昇降路の下限に到達する前後、当該可動隔壁内の開閉口と当該昇降籠の取水口及び排水口は"開"に制御する。
【００３６】
前記ショックアブソーバ１８ａから１８ｄは、前述したように前記昇降籠が降下した際の衝撃力を蓄圧している。当該昇降籠が下限に到達して直ぐに上昇し始めると、この圧力で前記可動隔壁を所定位置に押し上げ、このタイミングで当該昇降籠が収容している水を当該可動隔壁下に排水する。所定位置に戻ると当該可動隔壁上の開閉口を"閉"に制御する。
【００３７】
図２より昇降籠２０ａは昇降籠２０ｂに相対して上限に位置している。当該昇降籠が上限に到達する前後、貯水槽９０の水を昇降路１１ａ上部の配水口を"開"にして昇降籠２０ａに給水する。前記昇降籠が上限に到達したとき当該昇降籠内の水収容量は規定量になるように制御され直ぐに降下しはじめ、以降前述した動作を繰り返す。
【００３８】
前記貯水槽は内部に軽量タンク９１ａと９１ｂ及び当該軽量タンクの入水路９２ａと９２ｂ及び出水路９３ａと９３ｂを有し、当該軽量タンクの入水路は当該貯水槽に出水路は前記配水路に接続され何れも開閉を制御できる。当該軽量タンク内の水量を前記昇降籠に収容する相当分に制御し、配水の流量を多くすることで当該昇降籠への給水時間を短縮できる。
【００３９】
前述のように前記昇降籠の給排水と前記可動隔壁及び複数のバルブを適時制御することで、当該昇降籠は前記昇降路内を交互に上下動を継続させることができる。発電手段は前記プーリと機械的に結合しているプーリ軸１５に連絡した発電タービンから電力を得ることができる。
【００４０】
図８に安全装置の第一実施形態の斜視図を示す。図より安全装置８０は公知のブレーキユニット８４と巻取りリール８１及びリール支持体８２を有し昇降路１１ａと１１ｂの中間上部に設置される。前記巻取りリールのリール軸８３は前記ブレーキユニットと機械的に結合しており、当該ブレーキユニットを制動制御すると連絡している前記巻取りリールにブレーキがかかり両方の前記昇降籠を停止するように作用する。
【００４１】
前記巻取りリールにはワイヤー等のロープ８７を巻きつけ一端は昇降籠２０ａに他端は昇降籠２０ｂの上部に接続しており、当該ロープ長は当該昇降籠の上下動のストローク相当と当該巻取りリールに数回巻き付けるターン数とし、更に当該ロープの中点は前記巻取りリールに機械的に結合する。その経路の前記昇降路上部にあるプーリ支持体８５ａと８５ｂ及びプーリ８６ａから８６ｄを介して前記昇降籠に接続される。
【００４２】
始動時に前記昇降籠を初期位置に微速で移動させるときと、装置異常を検知したとき等に前記プレーキユニットを制動制御する。
【００４３】
図９に前記昇降籠への給電手段の第一実施形態の斜視図を示す。図より前記昇降籠の上部に受電管１０１ａ及び１０１ｂと当該受電管の鉛直上部に送電管１００ａ及び１００ｂを有し、いずれも内部に電源ケーブルを配している。当該送電管は伸縮構造になっており前記昇降籠が上限に到達する前、伸縮ストローク間接続され制御電源を前記昇降籠に供給する。
【００４４】
図１０に前記昇降籠と前記可動隔壁のロック装置の第一実施形態の斜視図を示す。ロック装置は前記可動隔壁の下面に一つ以上設け、前記昇降籠と当該可動隔壁が接触時のバウンドを防止する。図より前記昇降籠の底面にロックロッド４４と当該可動隔壁下の固定プレート１１１と１１４及び可動プレート１１２と１１３及びスプリング１１９ａから１１９ｄとカム機構を有する。当該昇降籠のロックロッドが当該可動隔壁上のガイド穴７７に案内され前記可動プレートを押し広げ、前記ロックロッドのフック部にかかると前記可動プレートは定位置に戻りロックされた状態になる。
【００４５】
前記カム機構は前記固定プレート１１１に固定された電磁ソレノイド１１５ａと１１５ｂ及び自在継手１１６ａと１１６ｂ及びカムロッド１１７ａと１１７ｂ及びカム１１８ａと１１８ｂを有する。当該電磁ソレノイドの軸が伸縮することで前記カムが回転し前記可動プレートを押し広げている間に前記ロックロッドが離れるとロック解除される。
【００４６】
図１１にプーリ支持構造物とプーリ及びロープの第一実施形態の斜視図を示す。当該ロープが断線すると装置破壊等の重大事故は避けられないため単一でも充分な強度を有するように選択するが、機械的疲労等で断線する可能性が常にあり一本のみでは充分ではない。ロープ１６ａと１６ｂ及びその経路のプーリは夫々独立しており、当該ロープの一端は昇降籠２０ａの上端に接続し他端は他方の昇降籠２０ｂの上端に接続している。又当該プーリ軸に連絡したロータリエンコーダ等の回転検出センサ１２０ａと１２０ｂを有するため当該ロープの断線を検出することができる。当該センサは前記昇降籠の位置検出及び加速度の検出にも用いられる。
このため一本のロープが断線しても前記昇降籠の所定位置まで移動でき、上下限で給排水を停止すれば当該昇降籠の上下動を停止できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
水資源を循環させ再利用するため気象条件に影響されない安価で安定した電力を得ることができる。
【００４８】
石油／石炭などの化石燃料を燃焼させる必要が無いため、低コストで発電でき地球温暖化の一要因とされる二酸化炭素も一切排出しない。
【００４９】
基本構造物の多くは密閉構造のため設置周辺の環境への影響と設置場所の制約が少なく場所及び規模は発電出力の規模により選択できる。同規模の一構造物を複数並べて配置することができるため標準化が容易であり設置コストの低減化が図れる。
【００５０】
基本構造物の多くは密閉構造のため例えば水中でも設置が可能である。水面近くの水が水底に循環されるように給排水を繰り返すので強制的に水流を発生させることができる。流れの少ない河川及び湖沼などの水質汚染改善に、水面近くの酸素を多く含む水が水底に運ばれ発電と同時に水中の酸素濃度が多くなり自浄効果を期待できる。
【００５１】
既存ダムと発電の基本原理は同じであり、大きくは揚水する機構を備えているか無いかの違いで本発明への構造転換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る水力発電装置の第一実施形態の斜視図である。
【図２】本発明に係る水力発電装置の構造を説明する図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態の昇降籠の蓋が"開"状態の斜視図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態の昇降籠の蓋が"開"状態の斜視図である。
【図５】本発明に係る第一実施形態の可動隔壁の開閉口が"開"状態の斜視図である。
【図６】本発明に係る第一実施形態の可動隔壁の開閉口が"閉"状態の斜視図である。
【図７】本発明に係るローラ装置の第一実施形態の組図である。
【図８】本発明に係る安全装置の第一実施形態の斜視図である。
【図９】本発明に係る給電装置の第一実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明に係る昇降籠と可動隔壁のロック装置の第一実施形態の斜視図である。
【図１１】本発明に係るプーリ支持構造物とプーリ及びロープの第一実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ａと１０ｂ 昇降路構造物
１１ａと１１ｂ 昇降路
１２ａと１２ｂ 配水口
１３ａから１３ｃ プーリ支持構造物
１４ａから１４ｃ プーリ
１５ プーリ軸
１６と１６ａと１６ｂ  ロープ
１７ａから１７ｄ 支持体
１８ａから１８ｄ ショックアブソーバ
１９ シール
２０ａと２０ｂ 昇降籠
２１ 取水口
２２ 取水口蓋
２３ 減速器付モータ
２４ インナーギア
２５ ピニオンギア
２６ 蓋ガイドロッド
３０ 排水口
３１ａと３１ｂ 排水口蓋
３２ａと３２ｂ 減速器付モータ
３３ａと３３ｂ ピニオンギア
３４ａと３４ｂ インナーギア
３５ａと３５ｂ モータ支持体
３６ａと３６ｂ ストッパー板
３７ａと３７ｂ 蓋ガイドロッド
４０ ロック装置
４１ ロック支持体
４２ 電磁ソレノイド
４３ 可動プレート
５０ａから５０ｆ ローラ装置
５１ ローラ
５２ ベアリング
５３ ロッド
５４ａと５４ｂ サイドカバー
５５ａと５５ｂ 板バネ保持具
５６ａと５６ｂ 板バネ
５７ ローラ受
５８ａから５８ｃ ボルト
６０ 衝撃吸収構造物
６１ 可動隔壁
６２ 開閉口
６３ａと６３ｂ 開閉口蓋
６４ａと６４ｂ 減速器付モータ
６５ａと６５ｂ ピニオンギア
６６ａと６６ｂ ボールネジ
６７ａと６７ｂ アーム
６８ａと６８ｂ ボールネジテーブル
６９ａと６９ｂ 蓋ガイドロッド
７０ａから７０ｔ 導水管１
７１ａから７１ｄ 導水管２
７２ａから７２ｔ 逆止弁
７３ａから７３ｔ 電磁バルブ
７４ａから７４ｄ 電磁バルブ
７５ａと７５ｂ 電磁バルブ
７６ａと７６ｂ 導水管
７７と７７ａと７７ｂ ガイド穴
８０ 安全装置
８１ 巻取りリール
８２ リール支持体
８３ リール軸
８４ ブレーキユニット
８５ａと８５ｂ プーリ支持体
８６ａから８６ｄ プーリ
８７ ロープ
９０ 貯水槽
９１ 軽量タンク
９２ａと９２ｂ 入水路
９３ａと９３ｂ 出水路
１００ａと１００ｂ 送電管
１０１ａと１０１ｂ 受電管
１１０ ロック装置
１１１ 固定プレート
１１２ 可動プレート
１１３ 可動プレート
１１４ 固定プレート
１１５ａと１１５ｂ 電磁ソレノイド
１１６ａと１１６ｂ 自在継手
１１７ａと１１７ｂ カムロッド
１１８ａと１１８ｂ カム
１１９ａから１１９ｄ スプリング、
１２０ａと１２０ｂ 回転検出センサ
【図１】
2010116886.tif 000003
【図２】
2010116886.tif 000004
【図３】
2010116886.tif 000005
【図４】
2010116886.tif 000006
【図５】
2010116886.tif 000007
【図６】
2010116886.tif 000008
【図７】
2010116886.tif 000009
【図８】
2010116886.tif 000010
【図９】
2010116886.tif 000011
【図１０】
2010116886.tif 000012
【図１１】
2010116886.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月17日(2008.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010116886.tif 000014
【図２】
2010116886.tif 000015
【図３】
2010116886.tif 000016
【図４】
2010116886.tif 000017
【図５】
2010116886.tif 000018
【図６】
2010116886.tif 000019
【図７】
2010116886.tif 000020
【図８】
2010116886.tif 000021
【図９】
2010116886.tif 000022
【図１０】
2010116886.tif 000023
【図１１】
2010116886.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月15日(2009.1.15)
【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】
昇降路と昇降籠を夫々２組有する構造物において、当該昇降路と隔てる可動隔壁と当該可動隔壁内に開閉を制御できる開閉口と、貯水槽に連絡する複数の導水管と個々の当該導水管の開閉を制御するバルブ及び逆止弁あるいは逆止弁が一体となったバルブから成る衝撃吸収構造物を夫々の当該昇降路内に備えることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の昇降籠において、上部に受電管とその鉛直上部に送電管を備え、当該送電管から当該昇降籠に制御電源を供給することで可動する電源ケーブルを排除することを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の貯水槽において、内部に２組の軽量タンクを備え、当該軽量タンクの入水路は当該貯水槽内に出水路は前記昇降路の配水口に接続し何れも開閉を制御できるバルブを備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記昇降路の中間上部に巻取りリールと公知のブレーキユニットを備え、当該巻取りリールにはワイヤー等のロープを巻きつけ両端は前記昇降籠に接続して、異常を検知したとき等に当該ブレーキユニットを作動させ当該昇降籠の上下動を非常停止できることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図２より昇降籠２０ｂは水が収容され可動隔壁６１ｂを押し下げ下限に位置している。当該昇降籠が当該可動隔壁に到達する前、複数の電磁バルブ７４ｋから７４ｔは全て"開"に、当該可動隔壁上の開閉口と当該昇降籠の取水口及び排水口は"閉"に制御する。これにより当該可動隔壁下の水は当初制約が少なく複数の導水管７０ｋから７０ｔに導かれ貯水槽９０に揚水される。このとき当該可動隔壁は当初当該昇降籠と同速度で降下するため当該可動隔壁にかかる降下の衝撃は大きく緩和される。個々の前記電磁バルブに接続する逆止弁７３ｋから７３ｔは前記貯水槽からの逆流を防止する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明の方式では、前記昇降籠が降下するサイクル毎に当該昇降籠の収容相当分の水を前記貯水槽に揚水すればよい。降下の衝撃力は当該可動隔壁下に圧力として伝達され、降下サイクル毎に当該可動隔壁下に貯水した当該昇降籠の収容相当分を前記逆止弁上の位置に揚水するため、相当する請求項１の衝撃吸収構造物は他動力を必要としない揚水ポンプのように作用し当該貯水槽に揚水することができる。同時に、当該逆止弁の経路直列に接続する電磁バルブ或いは当該逆止弁に付随する電磁バルブを"開"から"閉"に順次制御するため、流量が徐々に制限され前記昇降籠の降下速度も徐々に制限される衝撃吸収の機能を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
当該昇降籠の降下速度は複数の電磁バルブ７４ｋから７４ｔを"開"から"閉"に順次制御することで流量が制限され順次減速し全て"閉"にすると停止する。当該昇降籠が当該昇降路の下限に到達する前後、当該可動隔壁内の開閉口と当該昇降籠の取水口及び排水口は"開"に制御する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
【図１】本発明に係る水力発電装置の第一実施形態の斜視図である。
【図２】本発明に係る水力発電装置の構造を説明する図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態の昇降籠の蓋が"開"状態の斜視図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態の昇降籠の蓋が"閉"状態の斜視図である。
【図５】本発明に係る第一実施形態の可動隔壁の開閉口が"開"状態の斜視図である。
【図６】本発明に係る第一実施形態の可動隔壁の開閉口が"閉"状態の斜視図である。
【図７】本発明に係るローラ装置の第一実施形態の組図である。
【図８】本発明に係る安全装置の第一実施形態の斜視図である。
【図９】本発明に係る給電装置の第一実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明に係る昇降籠と可動隔壁のロック装置の第一実施形態の斜視図である。
【図１１】本発明に係るプーリ支持構造物とプーリ及びロープの第一実施形態の斜視図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
１０ａと１０ｂ 昇降路構造物
１１ａと１１ｂ 昇降路
１２ａと１２ｂ 配水口
１３ａから１３ｃ プーリ支持構造物
１４ａから１４ｃ プーリ
１５ プーリ軸
１６と１６ａと１６ｂ ロープ
１７ａから１７ｄ 支持体
１８ａから１８ｄ ショックアブソーバ
１９ シール
２０ａと２０ｂ 昇降籠
２１ 取水口
２２ 取水口蓋
２３ 減速器付モータ
２４ インナーギア
２５ ピニオンギア
２６ 蓋ガイドロッド
３０ 排水口
３１ａと３１ｂ 排水口蓋
３２ａと３２ｂ 減速器付モータ
３３ａと３３ｂ ピニオンギア
３４ａと３４ｂ インナーギア
３５ａと３５ｂ モータ支持体
３６ａと３６ｂ ストッパー板
３７ａと３７ｂ 蓋ガイドロッド
４０ ロック装置
４１ ロック支持体
４２ 電磁ソレノイド
４３ 可動プレート
５０ａから５０ｆ ローラ装置
５１ ローラ
５２ ベアリング
５３ ロッド
５４ａと５４ｂ サイドカバー
５５ａと５５ｂ 板バネ保持具
５６ａと５６ｂ 板バネ
５７ ローラ受
５８ａから５８ｃ ボルト
６０ 衝撃吸収構造物
６１ 可動隔壁
６２ 開閉口
６３ａと６３ｂ 開閉口蓋
６４ａと６４ｂ 減速器付モータ
６５ａと６５ｂ ピニオンギア
６６ａと６６ｂ ボールネジ
６７ａと６７ｂ アーム
６８ａと６８ｂ ボールネジテーブル
６９ａと６９ｂ 蓋ガイドロッド
７０ａから７０ｔ 導水管
７１ａと７１ｂ 導水管
７２ａと７２ｂ 導水管
７３ａから７３ｔ 逆止弁
７４ａから７４ｔ 電磁バルブ
７５ａから７５ｄ 電磁バルブ
７６ａと７６ｂ 電磁バルブ
７７ａと７７ｂ 導水管
７８と７８ａと７８ｂ ガイド穴
８０ 安全装置
８１ 巻取りリール
８２ リール支持体
８３ リール軸
８４ ブレーキユニット
８５ａと８５ｂ プーリ支持体
８６ａから８６ｄ プーリ
８７ ロープ
９０ 貯水槽
９１ 軽量タンク
９２ａと９２ｂ 入水路
９３ａと９３ｂ 出水路
１００ａと１００ｂ 送電管
１０１ａと１０１ｂ 受電管
１１０ ロック装置
１１１ 固定プレート
１１２ 可動プレート
１１３ 可動プレート
１１４ 固定プレート
１１５ａと１１５ｂ 電磁ソレノイド
１１６ａと１１６ｂ 自在継手
１１７ａと１１７ｂ カムロッド
１１８ａと１１８ｂ カム
１１９ａから１１９ｄ スプリング、
１２０ａと１２０ｂ 回転検出センサ
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月19日(2009.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、発電に供した水資源を循環させて再利用し、安価で安定した電力を得る水力発電装置に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記昇降籠の降下の際には当該昇降籠の質量と高さに比例する衝撃力を発生するが、何ら制御が無ければ僅か数サイクルで破壊に至ることは容易に推測できる。逆に揚水の圧力に還元すれば大きな動力を投入せずに揚水することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
安定した前記昇降籠の上下動を実現するには、降下の際の衝撃力を大きく損なうこと無く当該昇降籠の降下速度を徐々に減速させなければならない。この解決には当該昇降籠に収容した水以上を前記昇降路下部に満たし、流量を徐々に制限すれば当該昇降籠の降下速度も同様に徐々に減速しやがて停止させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この機能の実現には前記昇降路下部に当該昇降路と隔てる隔壁を可動構造とし、降下する前記昇降籠と一緒に下降させ当該可動隔壁にかかる衝撃を緩和させるとともに、流量の制御に複数の導水管と個々の当該導水管の開閉を制御できるバルブ及びその直列経路に逆止弁を備える。当該可動隔壁の下降とともに前記導水管の開閉を順次"閉"に制御することで、流量が順次制限され当該昇降籠の降下速度を徐々に減速することができる。即ち衝撃吸収構造物の機能を有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前記昇降籠に収容した水を前記可動隔壁下に収容して次の降下サイクルに備えるため、当該可動隔壁内に開閉を制御できる開閉口を備える。前記昇降路の下限に達する前後に当該開閉口を"開"に制御して当該可動隔壁下に収容する。
前述した当該可動隔壁の下降とともに前記導水管の開閉を順次"閉"に制御したとき、当該可動隔壁下の当該昇降籠に収容した相当分の水は前記逆止弁上の位置に圧送されるため、降下サイクル毎に導水管中を遡上する。結果、発電に供した水の多くは導水管に導かれ貯水槽に揚水することができ再利用が可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上限に位置している他方の昇降籠に水を収容して前述のような制御を繰返したとき、当該両昇降籠は上下動を継続することができる。以上のように揚水ポンプなどの動力を使用しなくとも、発電に供した水資源の多くを揚水することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前述の制御にかかる消費電力は制御システム及び開閉口の開閉を司るモータ等の制御電源電圧のみで、前記両昇降籠を交互に自由落下させたとき位置エネルギーから多くの電力を得ることが期待できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明の方式では、前記昇降籠が降下するサイクル毎に当該昇降籠に収容した相当分の多くを前記貯水槽に揚水すればよい。降下の衝撃力により前記可動隔壁を押し下げ、当該可動隔壁下に貯水している押し下げられたストローク相当分が前記逆止弁上の位置に圧送される。結果、降下サイクル毎に当該昇降籠に収容した相当分の多くが当該導水管中を遡上する。
相当する請求項１の衝撃吸収構造物は他動力を必要としない揚水ポンプのように作用し、当該昇降籠に収容した相当分の多くを当該貯水槽に揚水することができる。同時に、当該逆止弁の経路直列に接続する電磁バルブ或いは当該逆止弁に付随する電磁バルブを"開"から"閉"に順次制御するため、流量が徐々に制限され前記昇降籠の降下速度も徐々に制限する衝撃吸収の機能を併せ持つ。
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月3日(2009.7.3)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
下部に水を貯水する昇降路と昇降籠とを夫々２組有する構造物において、当該貯水した水の水面下で当該昇降路を隔てる可動隔壁と当該可動隔壁内に開閉を制御できる開閉口と、当該昇降路の当該可動隔壁よりも下部と貯水槽とを連絡する複数の導水管と、個々の当該導水管の開閉を制御するバルブ及び逆止弁あるいは逆止弁が一体となったバルブから成る衝撃吸収構造物を夫々の当該昇降路内に備えることを特徴とする水力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項１に記載の昇降路を２組有する構造物において、その中間上部に巻取りリールと公知のブレーキユニットを備え、当該巻取りリールには両端が前記昇降籠に接続されたワイヤー等のロープを巻きつけ、異常を検知したとき等に当該ブレーキユニットを制動制御したとき、機械的に結合している当該巻き取りリールの自転に抵抗が増すことで、当該昇降籠の上下動を制限できることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】  前記昇降籠の降下の際には当該昇降籠の質量と高さに比例する衝撃力を発生するが、何ら制御が無ければ僅か数サイクルで破壊に至ることは容易に推測できる。逆に揚水の圧力に還元すれば一部の動力を投入せずに揚水することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】  前記昇降籠に収容した水を前記可動隔壁下に収容して次の降下サイクルに備えるため、当該可動隔壁内に開閉を制御できる開閉口を備える。前記昇降路の下限に達する前後に当該開閉口を"開"に制御して当該可動隔壁下に収容する。  前述した当該可動隔壁の下降とともに前記導水管の開閉を順次"閉"に制御したとき、当該可動隔壁下の当該昇降籠に収容した相当分の一部の水は前記逆止弁上の位置に圧送されるため、降下サイクル毎に導水管中を遡上する。結果、発電に供した水の一部は導水管に導かれ貯水槽に揚水することができ再利用が可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  上限に位置している他方の昇降籠に水を収容して前述のような制御を繰返したとき、当該両昇降籠は上下動を継続することができる。以上のように揚水ポンプなどの動力を使用しなくとも、発電に供した水資源の一部を揚水することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】  前述の制御にかかる消費電力は制御システム及び開閉口の開閉を司るモータ等の制御電源電圧のみで、前記両昇降籠を交互に自由落下させたとき位置エネルギーから一部の電力を得ることが期待できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】  本発明の方式では、前記昇降籠が降下するサイクル毎に当該昇降籠に収容した相当分の一部を前記貯水槽に揚水すればよい。降下の衝撃力により前記可動隔壁を押し下げ、当該可動隔壁下に貯水している押し下げられたストローク相当分が前記逆止弁上の位置に圧送される。結果、降下サイクル毎に当該昇降籠に収容した相当分の一部が当該導水管中を遡上する。  相当する請求項１の衝撃吸収構造物は他動力を必要としない揚水ポンプのように作用し、当該昇降籠に収容した相当分の一部を当該貯水槽に揚水することができる。同時に、当該逆止弁の経路直列に接続する電磁バルブ或いは当該逆止弁に付随する電磁バルブを"開"から"閉"に順次制御するため、流量が徐々に制限され前記昇降籠の降下速度も徐々に制限する衝撃吸収の機能を併せ持つ。