(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気装置であって、
ａ）同じ１つの水のジェットの作用により反対の２方向に同時回転する別個の２つの回転アセンブリにして、
第１構造部（５）により支持され、少なくともその上部が円筒状の、例えばスチール製
の第１アセンブリにして、回転ベアリング（９）を介してカラム（６）により担持され、該カラム（６）が梁（４）から下方に伸延するプラットフォーム（７）と、水入り口管（１）より水を供給する支持用の管（１０、１１）にして、回転シール（２）を備え、その各水平部において、該管（１０、１１）のオリフィス（１２、１３）から放出する水のジェットを平行且つ反対の２方向に配行するべく屈曲され、前記管（１０、１１）が、バラスト（８）及びスチール製の水平バー（１４）に固定され、該水平バー（１４）が、その中心位置にシャフト（１５）を担持し、該シャフト（１５）が、直角を成して下方に伸延して第１発電機（２７）を駆動する第１アセンブリと、
第１構造部（５）内に格納した第２構造部（２４）により担持された第２アセンブリにして、回転ベアリング（２２）を担持し、該回転ベアリング（２２）上で金属製の円形リング（１９）が回転し、該円形リング（１９）が、スポーク（１８）を、該スポークの中心からの長さの大半において支持し、該スポークには支持体（１７）を取り付け、該支持体（１７）が相互に円形に連結され且つ回転ベアリング（２３）を介して第１構造部（５）の垂直方向壁上に載置されると共にブレード（１６）を担持し、各ブレード（１６）が、各ブレードにより形成する円の中心方向に向けられると共に管（１０、１１）のオリフィス（１２、１３）に対面して位置付けられ、前記円形リング（１９）が中空シリンダ（２１）をも担持し、該中空シリンダ（２１）が、前記円形リング（１９）の中央の小円（２０）に直角を成して固定され、下方に伸延されて第２発電機（３３）を駆動する第２アセンブリと、
を含み、
前記中空シリンダ（２１）が、シャフト（１５）を自由に貫通させ得ると共に内側肩部（３５、３７）及び回転ベアリング（３４、３６）を格納するに充分な内径を有し、該回転ベアリング（３４、３６）が、シャフト（１５）の回転及び、該シャフト（１５）の、第２構造部（２４）の屋根部の中心位置の円形の開口を介しての貫通を案内し、前記円形の開口が、回転ベアリング（４１）を担持するスチール製の円筒状要素（４０）を格納するに充分大きく、第２構造部（２４）の前記屋根部が、該屋根部の縁部付近の小傾斜部により垂直方向の胴部に連結され、
前記シャフト（１５）が第１ステップアップギヤボックス（２５）を駆動し、該第１ステップアップギヤボックスの出力シャフト（２６）が第１発電機（２７）のロータを駆動し、
前記中空シリンダ（２１）が、第１ギヤホイール（２８）を駆動し、該第１ギヤホイールの駆動が結局、シャフト（３０）に固定した第２ギヤホイール（２９）を駆動し、前記シャフト（３０）の平坦頭部がスチール製の円筒状要素（４４）により担持され、該円筒状要素（４４）が、内側肩部及び回転ベアリング（４５）を介して第２構造部（２４）の屋根部に取り付けられ、スラストボールベアリング（４６）が、シャフト（３０）の平坦頭部を第２構造部（２４）の屋根部から離間させ、
前記シャフト（３０）が、結局、第２ステップアップギヤボックス（３１）を駆動し、該第２ステップアップギヤボックスの出力シャフト（３２）が第２発電機（３３）のロータを駆動する前記２つの回転アセンブリと、
ｂ）安定化手段にして、
フレームワーク（４２、４７）の安定性保証を意図した第１水平バー（５１）にして、前記フレームワーク（４２）が、中空シリンダ（２１）の回転案内を意図した第１回転ベアリング（４３）を含み、前記フレームワーク（４７）が、シャフト（３０）の回転案内を意図した第２回転ベアリング（４８）を含む第１水平バー（５１）と、
フレームワーク（３８、４９）の安定性保証を意図した第２水平バー（５２）にして、前記フレームワーク（３８）が、シャフト（１５）の回転案内を意図した第１回転ベアリング（３９）を含み、前記フレームワーク（４９）が、シャフト（３０）の回転案内を意図した第２回転ベアリング（５０）を含む第２水平バー（５２）と、
第１及び第２水平バー（５１、５２）の安定性を助長する垂直バー（５３、５４）と、
を含む安定化手段と、
ｃ）梁（４）の下方に担持した２本の伝導性金属レール（５５、５６）に連結した電気的手段にして、該手段には、管（１０）に取り付けたロッドにより担持した金属ブッシュ（５７、５８）が接触し、かくして管（１０、１１）の水平エルボの背後に位置付けたニードル式シャットオフシステム（５９、６０）を電動させる電気的手段と、
ｄ）第１構造部（５）と、第２構造部（２４）との間で地上高さに位置付けた開口（６１）にして、本発明に従う装置の動作中に使用する水を管ラインを通して排出可能とする
開口と、
を含む電気装置。
【請求項２】
ブレード（１６）にして、各ブレードにより形成される円の中心に向けられたブレード
を含む請求項１の電気装置。
【請求項３】
ブレード（１６）が支持体（１７）により担持され、該支持体（１７）が、スチール製の円形リング（１９）により支持されたスポーク（１８）により担持される請求項１の電気装置。
【請求項４】
中空シリンダ（２１）が、円形リング（１９）と直角を成して下方に差し向けられる状態下に円形リング（１９）の小円（２０）に取り付けられ、水平バー（１４）から第１ステップアップギヤボックス（２５）に伸延するシャフト（１５）が自由回転可能とされる請求項１の電気装置。
【請求項５】
少なくともその上方部分が円筒状である第１構造部（５）により支持した梁（４）と、第１構造部（５）の内部に格納され且つ、ブレード（１６）、支持体（１７）、スポーク（１８）、円形スチールリング（１９）、円形スチールリング（１９）と直角を成して下方に差し向けられた中空シリンダ（２１）、水平バー（１４）から第１ステップアップギヤボックス（２５）に伸延するシャフト（１５）、から成るアセンブリの回転を容易化する回転ベアリングを担持する第２構造部（２４）とを含む請求項１の電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー需要の増大に伴い、原油価格が高騰し既存の環境圧が悪化している。風力あるいはソーラー発電といった再生可能エネルギー資源は、様々な理由からそうした急激な需要増大を満たし得ない。原子力発電であればそれが可能であるが、かなりの財政的出資を伴う上に、安全性や一般性に欠けるという問題がつきまとう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
比較的中庸な価格で、しかも環境を汚染しない発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、例えば、５０〜１５００メートルの特定の高さ範囲において収集した水をオリフィスから特定速度で放出させる水ジェットの特性を利用した発電装置が提供される。パイプのオリフィスから放出される水ジェットには２つの力、即ち、パイプ排出時の反力と、タービンのブレード衝突時の衝撃力とが含まれる。この衝撃力を、例えばペルトンタービンを使用する発電プラントで利用する。
【０００５】
本発明の装置には、少なくとも２本の水平パイプから作製した第１回転アセンブリにして、直径方向において対向する２方向に伸延し、各端部位置をエルボ状とし、かくして、各オリフィスからの水ジェットを、平行状態で対向する２方向に放出させる第１回転アセンブリを含む。各水平パイプは、これらの各水平パイプの各オリフィスを出る水による回転速度を所定速度に減速させるためのバラストに固定される。同様に、各水平パイプは、各水平パイプの下方を通るバーに固定される。バーはその中央に、直角を成して下方に伸延してステップアップギヤボックスと歯合するシャフトを担持する。ステップアップギヤボックスの出力軸は第１ゼネレータのロータを駆動する。
【０００６】
また、本発明の装置はブレードで構成した第２回転アセンブリを含み、各ブレードは、各ブレードにより形成する円の内側に向けられる。各ブレードは各支持体により担持される。各支持体は各ブレードにより形成する円の中心方向に伸延するスポークにより担持される。各スポークは、直角を成して下方に伸延する中空シリンダを担持する。中空シリンダは、水平な前記バーが担持するシャフトを貫通させるに十分な幅を有し、その下端位置には第１ギヤホイールを有する。第１ギヤホイールは第２ギヤホイールを駆動する。第２ギヤホイールのシャフトは第２ステップアップギヤボックスに入り、第２ステップアップギヤボックスの出力軸は第２ゼネレータのロータを駆動する。
【０００７】
本発明の装置は、当該装置に含まれる種々のシャフトを安定化させるための手段と、給電手段とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明に従う装置の平面図である。
【図２】図２は、図１を線Ｉ−ＩＩに沿って切断した、簡略化のために、例えば、２つのカラムを省略して示す断面図である。
【図３】図３は、本発明に従う装置の、ブレード、支持体、スポークの配置を示す平面図である。
【図４】図４は、図２に一点鎖線“Ａ”で示す部分の、本発明に従う装置で使用するシャフトを装着及び安定化するために使用するシステムの詳細を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に従う装置は、ペルトンタービンを動作させるに十分な高さ位置で収集した水用の水入口管１（図２及び２）を含む。管１は固定される。本発明の装置に到達した管１は、支持体３に担持した回転シール２を介して延長される。支持体３は、例えばスチール製の４本の梁４上に載置され、各梁は、その少なくとも上部が円筒状の第１構造部５により支持される。第１支持構造部は例えばスチール製であり得る。管または梁の数は限定されない。
【００１０】
各梁４から少し下流側に掛けて４つのカラム６が伸延され、各カラムの幅広ベース部が円形リング７を形成する。当該円形リング７はその内外の各縁部上にバラスト８を担持し、当該バラストのブラケット形状のアームが回転ベアリング９を隠蔽する。回転ベアリング９は、本発明の装置の動作時の摩擦及び支承負荷を最小化する機能を持つ。かくして、回転ベアリング９と、本発明の装置に使用するその他全ての回転ベアリングとは、ボールベアリング、ニードルベアリング、またはローラーベアリングであり得る。
【００１１】
回転シール２（図１及び２）を出た水は管１により別の２本の管１０及び１１（図１及び２）に沿って送られる。管１０及び１１は垂直状態から開始し、先ず直角に曲がり（図２）、次いで直径位置において対向する２方向に水平に伸延した後、各端部が、同一平面内で平行状態下に逆向きに再屈曲され、管１０及び１１の各出口オリフィス１２及び１３が平行な２方向に於いて対向する（図１）。管１０及び１１は、これらの管を取り付けたバラスト８の下方を通過し、当該バラスト８を超えて突出し、かくしてそのエルボ状部分が露呈される。
【００１２】
管１０及び１１はその水平部分（図２）の下方に、例えばスチール製のバー１４を担持し、当該バー１４は管１０及び１１と、バラスト８とに固定される。バー１４の中央部からは、例えばスチール製のシャフト１５が垂直方向に伸延される。シャフト１５は下方に伸延し且つバー１４と直交する。
また、管１０及び１１は、水平な２つのエルボ状部分の、オリフィス１２及び１３位置で各終端する後部（図１）に電動モータ５９及び６０を担持し、各電動モータが、管１０及び１１の終端部に位置付けたニードルを起動させる。ニードルは必要に応じてオリフィス１２及び１３を閉鎖するために使用し得る。
【００１３】
管１０及び１１の２つのオリフィス１２及び１３（図１及び２）には各ブレード１６が対面する。各ブレード１６はペルトンタービンに嵌装したそれとは別物であり、スプーン状の２つの半分体をその長手方向縁部に沿って連結して形成したものである。水ジェットは、通路内にかくして形成されたリッジ部に直交方向から衝突する。更には、各ブレード１６は、これらブレードにより形成する円の内側に向けられ、前記２つの半分体を分離する切り欠きが、各ブレード１６により形成する円の、外側ではなく中心に向けられる。
【００１４】
各ブレード１６は支持体１７（図１、２、３）により担持され、各支持体は例えば溶接により相互に連結されて円を形成する（図１及び３）。各支持体１７と第１構造部５との間には回転ベアリング２３（図１及び２）が配置される。各支持体１７は各スポーク１８により担持され（図１、２、３）、各スポークは、各支持体により形成される円の中心方向に、当該中心に実際には達することなく収斂される。各スポーク１８は、これらスポークが収斂する円の中心から開始されるその長さの大半において、例えばスチール製の円形リング１９（図２及び３）により担持される。
【００１５】
円形リング１９の小円２０（図３）が、例えばスチール製の中空シリンダ２１を担持し（図２）、当該中空シリンダが、円形リング１９に直角を成して取り付けられると共に下方に伸延する。中空シリンダ２１の直径は、シャフト１５をそこに自由通過させ得且つ、シャフト１５及び中空シリンダ２１の同時（且つ逆方向での）回転の容易化を意図した内側肩部及び回転ベアリングをも格納するべく、相当の大きさとする必要がある。
【００１６】
円形リング１９は同中心の回転ベアリング２２を担持（図２及び４）し、当該回転ベアリングが円形リングの回転容易化及び安定性を保証する。回転ベアリング２２は、例えばスチール製の第２構造部２４（図２及び４）により各担持される。第２構造部２４は第１構造部５内に格納され、円筒形状を有し、水平な屋根部が回転ベアリング２２を支持する。第２構造部２４の垂直部分と水平部分との間の交差部（図２）は直角ではなく、垂直部分に向けて傾斜する屋根部の小部分を形成する。第２構造部２４の屋根部には円形の開口が設けられ、当該開口は中空シリンダ２１を通過させ、また以下に詳しく説明する固定要素を格納するに十分な大きさを有する。
【００１７】
シャフト１５（図２）はその下端が、その支持体が図示されない第１ステップアップギヤボックス２５に入る。第１ステップアップギヤボックスはシャフト２６を介して第１ゼネレータ２７のロータを駆動する。本発明に従う装置で使用する種々のシャフトの安定化を意図した各要素について以下に詳しく説明する。
中空シリンダ２１はその下端位置に第１ギヤホイール２８（図２）を担持する。第１ギヤホイール２８は第２ギヤホイール２９を駆動し、当該第２ギヤホイール２９はその中心位置で、以下に説明する装置により支持されたシャフト３０に固定される。シャフト３０は、その支持体が図示されない第２ステップアップギヤボックス３１を駆動し、当該第２ステップアップギヤボックス３１は結局、シャフト３２を介して第２ゼネレータ３３のロータを駆動する。
【００１８】
本発明に従う装置で使用され且つ相互に電流を発生する種々のシャフトは以下の如く安定化される。本目的上使用する種々の肩部及び回転ベアリングは、スチール製の内側のフレームワークに格納されるが、図示を明瞭化するために連続ライン表示される。
シャフト１５（図４）は、中空シリンダ２１内で回転するに際し、２つの回転ベアリング、即ち、内側肩部３５により担持された回転ベアリング３４と、他の内側肩部３７に押しつけた他の回転ベアリング３６とにより案内される。
【００１９】
中空シリンダ２１を離れるたシャフト１５は、内側肩部及び回転ベアリング３９を含むスチール製の円筒状フレームワーク３８（図４）により然るべく位置決めされる。
中空シリンダ２１は以下の如く安定化される。第２構造部２４の屋根部において、中空シリンダ２１は、内側肩部及び回転ベアリング４１を含む円筒状のスチール製フレーム４０（図４）に入る。次いで、且つ第１ギヤホイール２８に達する以前に、中空シリンダは、同様に内側肩部及び回転ベアリング４３を含む別のスチール製の円筒状フレームワーク４２をも貫通する。
【００２０】
シャフト３０（図４）は以下の如くして支持される。シャフト３０の上端は平頭釘の形態において終端される。当該平頭部は、回転ベアリング４５を支持する内側肩部を持つスチール製の円筒状フレームワーク４４に座着される。更に、シャフト３０の平坦端部と、第２構造部２４の屋根部との間には、シャフト３０の回転を容易化させる、例えばスラストボールベアリング４６が配置される。締着用の種々の構成部品は組み込み以前に相互に組み立てる必要があり得る。
【００２１】
シャフト３０は、当該シャフト３０を取り付ける第２ギヤホイール２９に入る以前に、内側肩部及び回転ベアリング４８を含むスチール製の円筒状フレームワーク４７に貫通される。シャフト３０は、第２ギヤホイール２９を出た後且つ第２ステップアップギヤボックス３１に入る以前に、内側肩部及び回転ベアリング５０を含む他のスチール製の円筒状フレームワーク４９に貫通される。
【００２２】
スチール製の円筒状フレームワーク４２及び４７は、第２構造部２４の壁に取り付けたスチール製の水平バー５１により支持される。スチール製の円筒状フレームワーク３８及び４９は、水平バー５１と平行で且つ水平バー５１の下方に位置決めした他のスチール製の水平バー５２にして、同様に第２構造部２４の壁に取り付けた水平バー５２により支持される。
２本の水平バー５１及び５２は、結局、第２構造部２４の屋根部から床部に伸延するスチール製の２本の垂直バー５３及び５４（図２）により補強される。
【００２３】
本発明に従う装置は、以下、即ち、
・  必要な絶縁体と共に梁４に締着した２つの金属製フープ５５及び５６（図２）にして、２つの金属製ブラシ５７及び５８が、電源（図示せず）から電流を受けるよう対面され、管１０及び１１によりその水平なエルボ部（図１）の背後に担持され、ニードル作動式のシャットオフシステムである電動モーター５９及び６０に電線（同様に図示せず）を介して給電する金属製フープ５５及び５６と、
・  第１構造部５と、第２構造部２４との間で地上高さに位置付けた開口６１（図２）にして、本発明に従う装置の運転中に使用する水を管ラインを通して排出させ、当該水流れが第２構造部２４の傾斜部分により容易化される開口、をも含む。
【００２４】
本発明に従う装置は以下の如く動作する。ペルトンタービンを運転するに十分な高さで採取した水が、固定管１を介して本発明に従う装置に到達する。次いで水は回転シール２を貫通して管１０及び１１に入る。管１０及び１１のオリフィス１２及び１３を平行且つ対向する２方向に出る水が、管１０及び１１、バラスト８、水平バー１４及び、当該水平バー１４の中心に担持される垂直なシャフト１５を回転させる。管１０及び１１、バラスト８、水平バー１４、シャフト１５は第１回転系を構成する。
【００２５】
同時に、管１０及び１１のオリフィス１２及び１３をある速度で出る水がブレード１６に衝突し、これらブレード１６に依存する各要素、即ち、支持体１７と、スポーク１８とを、回転させ、当該スポークと共に円形リング１９及び当該円形リングに直交する中空シリンダ２１とを回転させる。ブレード１６、支持体１７、円形リング１９を有するスポーク１８は第２回転系を構成する。
【００２６】
しかしながら、２つの回転系の回転は逆方向であることから、第１回転系の速度を、当該第１回転系の出力を維持しつつ低下させ、かくして、管１０及び１１のオリフィス１２及び１３から放出される水ジェットの第２の回転系に対する利益を有効化させる必要がある。カラム６のプラットフォーム７により回転ベアリング９を介して担持したバラスト８が、その機能により当該利益を有効化する。バラスト８は、第１回転系を一様且つ低速で円運動させるに十分な重さを有する。毎分９〜１９回転の運転範囲で発電する大型風力発電装置のローラ回転速度がこれに類似している。
【００２７】
第１回転系の回転速度が低下すると、管１０及び１１のオリフィス１２及び１３を出た水ジェットは強い力で各ブレード１６に衝突し、かくして第２回転系の発電量を増大させる。管１０及び１１を出る水の作用により第１回転系が回転すると、第１回転系の一部を構成するシャフト１５及び当該シャフト１５が終端する第１ステップアップギヤボックス２５もまた回転し、当該第１ステップアップギヤボックスの出力シャフト２６の回転速度を所望水準に漸増させる。シャフト２６は第１ゼネレータ２７のロータに固定されていることから、出力シャフト２６が回転すると第１電流が発生する。
【００２８】
また、第２回転系が回転すると、当該第２回転系の一部を構成する中空シリンダ２１もまた回転し、かくして、当該中空シリンダ２１を固定した第１ギヤホイール２８が回転する。第１ギヤホイールが回転すると、第２ギヤホイール２９と、当該第２ギヤホイールに固定され且つ第２ステップアップギヤボックス３１において終端するシャフト３０とが回転する。第２ステップアップギヤボックス３１はその出力シャフト３２の回転速度を所望水準に漸増させる。シャフト３２が第２ゼネレータ３３のロータに固定されていることから、当該シャフト３２が回転すると第２電流が発生する。
かくして、水ジェットの作用により、相互に無関係の２つの回転系の各々が発電する。
本発明に従う装置による合計発生電流量は２つのゼネレータ２７及び３３の発生する発電量の合計に等しい。
【符号の説明】
【００２９】
１  水入口管、固定管
２  回転シール
３  支持体
４  梁
５  第１構造部
６  カラム
７  円形リング
８  バラスト
９、２２、２３、３４、３６、３９、４１、４３、４５、４８、５０  回転ベアリング
１０、１１  管
１２、１３  オリフィス
１４  バー
１５  垂直シャフト
１６  ブレード
１７  支持体
１８  スポーク
１９  円形リング
２０  小円
２１  中空シリンダ
２２  回転ベアリング
２５  第１ステップアップギヤボックス
２６  出力シャフト
２７  第１ゼネレータ
２８  第１ギヤホイール
２９  第２ギヤホイール
３０  シャフト
３１  第２ステップアップギヤボックス
３２  出力シャフト
３３  第２ゼネレータ
３５、３７  内側肩部
３８、４２、４４、４７、４９  円筒状フレームワーク
４０  スチール製フレーム
４６  スラストボールベアリング
５１、５２、５３  スチールバー
５５  金属製フープ
５７  金属製ブラシ
５９、６０  電動モータ
６１  開口
【図１】
0005425796.tif 000002
【図２】
0005425796.tif 000003
【図３】
0005425796.tif 000004
【図４】
0005425796.tif 000005