(57)【要約】本発明は、水力転化部分および伝動メカニズム、発電ユニットが含まれる潮力発電機に関する。水力転化部分は、折りたたみ帆を利用して水の推力を回転運動エネルギーに転化させ、伝動メカニズムを通じて発電ユニットに伝送し発電させる。本発明の潮力発電機は簡便な構造で、各種の水力資源を有効に利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力転化部分および伝動メカニズム、発電ユニットが含まれ、前記の水力転化部分には、縦方向の水流沿いに長方形の水流安定槽が備えられ、水流安定槽側面を形成する水流安定板と、水流安定板の間に位置する複数の強化フレームが備えられ、このうち、水流安定槽の縦方向の両端は、水流の通過を確保できるように開放されており、水流安定槽内に取り付けられているメインフレームには、縦方向に隔てられた２つのスプロケット、および２つのスプロケット間に繋がっている環状キャタピラチェーン、同一の単方向に展開でき、かつ一方の端がキャタピラチェーンにヒンジで連結されている複数の折りたたみ帆が含まれており、各折りたたみ帆とキャタピラーとの間には斜張チェーンが備えられ、チェーンの長さは、折りたたみ帆が最大限に展開した状態下で、キャタピラチェーンに対してほぼ垂直状態になる長さを保証しており、取り付けられている折りたたみ帆は、水の推力により展開されたキャタピラチェーンを作動ゾーンとし、それに対応する水流安定板からの距離は、折りたたみ帆が完全に展開した状態下での長さに相当するか、あるいは前記の長さを多少上回る長さとし、これに相対するもう一つのキャタピラチェーンを非作動ゾーンとし、それに対応する水流安定板からの距離は、折りたたみ帆が閉じられた後、キャタピラチェーンが動作可能な最短距離とし、前記の折りたたみ帆は、水の推力により展開された後、キャタピラチェーンを作動させ、これによりスプロケットを回転させ、スプロケットの回転軸上には出力ギアが備えられおり、伝動メカニズムに連結し、伝動メカニズムによって最終的に発電ユニットが発電されることを特徴とする潮力発電機。
【請求項２】
前記の水流安定槽の水流安定板は非作動ゾーンで上流位置にあり、揺動が可能な集流板が取り付けられており、集流板は水流安定板の上にヒンジで連結され、水流の通過時に下流方向に向って開き、最大開度は９０°を上回るよう設計されており、集流板の寸法は、その開度が最大になる状態下で、集流板の最高点の高度は、キャタピラチェーンの作動ゾーンと非作動ゾーンの間に位置することを特徴とする、請求項１に記載の潮力発電機。
【請求項３】
水力転化部分にはさらに、水流安定槽上に平衡装置を取り付けることができ、送水と排水の両メカニズムが備えられているため、水力転化部分の位置が水中に来るよう制御することができることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の潮力発電機。
【請求項４】
平衡装置がメインフレーム内部に設置されていることを特徴とする、請求項３に記載の潮力発電機。
【請求項５】
各折りたたみ帆には複数のジョイントが備えられ、各ジョイントの間は互いにヒンジで連結されており、折たたみ帆とキャタピラーとの間は斜張チェーンで連結されており、各斜張チェーンは完全に展開した状態下で、互いに平行となることを特徴とする、請求項１に記載の潮力発電機。
【請求項６】
隣り合う折りたたみ帆同士の間には、少なくとも１本の相互連結チェーンが備えられていることを特徴とする、請求項５に記載の潮力発電機。
【請求項７】
各折りたたみ帆上端の１つあるいは複数のジョイント内部にはバキュームチャンバが形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の潮力発電機。
【請求項８】
前記メインフレーム上に、調節可能であり、かつそれを水流安定槽に配置できる装置を設置することで、水流方向に応じてメインフレームの位置を調整でき、キャタピラチェーンの作動ゾーンと非作動ゾーンで相対位置を変更することが可能であることを特徴とする、請求項１に記載の潮力発電機。
【請求項９】
前記折りたたみ帆の最上端にローラーを取り付けることで、作動過程において水流安定板との摩擦力が低減されることを特徴とする、請求項１に記載の潮力発電機。
【請求項１０】
前記潮力発電機には、さらに複数の水力転化部分が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の潮力発電機。
【請求項１１】
前記水流安定槽にはさらに、垂直方向の２側面を構成する水流安定板が含まれ、展開した折りたたみ帆が垂直方向になることを特徴とする、請求項１に記載の潮力発電機。
【請求項１２】
前記水流安定槽にはさらに、水平方向の２側面を構成する水流安定板が含まれ、展開した折りたたみ帆が水平方向になることを特徴とする、請求項１に記載の潮力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に水流の運動エネルギーを電気エネルギーに転化させる潮力発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球上の水の面積は地球表面の７０．９％を占めており、水の移動には巨大な動力エネルギーが埋蔵されている。人類は早くからさまざまな水力資源が利用できることを理解し、現代社会においても水力発電を導入して工業生産用に電気エネルギーを供給することが広範に行われている。
【０００３】
しかし、従来型の水力発電設備は、構造が複雑なうえに巨大な容積を必要とし、かつ水文条件や地質条件が厳しいため、水力発電所の建設にかかるコストが極めて高くなるという難点があった。そこで、さまざまな水力資源を極力利用し得るよう、研究者らにより各種メカニズムが設計され、低コストで水の運動エネルギーを電気エネルギーに転化させる試みが行われてきた。
【０００４】
しかし、各種の既存の設計は、いずれも効果的に水力資源に転化させる方案を未だ提供するものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術に存在するさまざまな問題について解決を図るため、本発明は、水の運動エネルギーを電気エネルギーに効果的に転化させ、かつ水流とその他の地質情況に応じて調整を行うことが可能な潮力発電機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を実現させるための本発明の潮力発電機には、水力転化部分および伝動メカニズム、発電ユニットが含まれ、このうち、前記の水力転化部分には、縦方向の水流沿いに長方形の水流安定槽が備えられ、水流安定槽側面を形成する水流安定板と水流安定板の間に位置する複数の強化フレームが備えられ、このうち、水流安定槽の縦方向の両端は、水流を確保できるように開放されている。
【０００７】
また、水流安定槽内に取り付けられているメインフレームには、縦方向に隔てられた２つのスプロケット、および２つのスプロケット間に繋がっている環状キャタピラチェーン、同一の単方向に展開でき、かつ一方の端がキャタピラチェーンにヒンジで連結されている複数の折りたたみ帆が含まれている。各折りたたみ帆とキャタピラーとの間には斜張チェーンが備えられており、チェーンの長さは折りたたみ帆が最大限に展開した状態下で、キャタピラチェーンに対してほぼ垂直状態になる長さを保証している。取り付けられている折りたたみ帆は、水力により展開するキャタピラチェーンを作動ゾーンとし、それに対応する水流安定板からの距離は、折りたたみ帆が完全に展開した状態下での長さに相当するか、あるいは前記の長さを多少上回る長さとする。
【０００８】
これに相対するもう一つのキャタピラチェーンを非作動ゾーンとし、それに対応する水流安定板からの距離は、折りたたみ帆が閉じられた後、キャタピラチェーンが動作可能な最短距離とする。前記の折りたたみ帆は、水の推力により展開された後、キャタピラチェーンを作動させ、これによりスプロケットを回転させる。スプロケットの回転軸上には出力ギアが備えられおり、伝動メカニズムに連結し、伝動メカニズムによって最終的に発電ユニットが発電される。
【０００９】
次に、本発明の１つの実施例を説明する。水流安定槽の水流安定板は非作動ゾーンの上流位置にあり、揺動が可能な集流板が取り付けられており、集流板は水流安定板の上にヒンジで連結され、水流の通過時に下流方向に向って開き、最大開度は９０°を上回るよう設計されている。集流板の寸法は、その開度が最大になる状態下で、集流板の最高点の高度が、キャタピラチェーンの作動ゾーンと非作動ゾーンの間に位置に来るよう設計されている。本発明の潮力発電機の水力転化部分は、さらに水流安定槽上に平衡装置を取り付けることができ、送水と排水の両メカニズムが備えられているため、水力転化部分の位置が水中に来るよう制御することができる。
【００１０】
次に、もう１つの好適な実施例について説明する。各折りたたみ帆には複数のジョイントが備えられ、各ジョイントの間は互いにヒンジで連結されており、折たたみ帆とキャタピラーとの間は斜張チェーンで連結されており、各斜張チェーンは完全に展開した状態下で、互いに平行となる。キャタピラチェーンの作動ゾーンの位置が非作動ゾーンの上方に来る時、折りたたみ帆を浮揚させて展開させやすくするため、各折りたたみ帆上端の１つあるいは複数のジョイント内部にはバキュームチャンバが形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の潮力発電機の構造は簡便であり、取り付け条件に特別な規定はないため、さまざまな水力資源を有効に利用することができる。本発明の実施例は、エネルギーが年々逼迫する中、社会や経済の発展において直面している深刻な問題を解決するため、実行可能な方法を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の潮力発電機には、水力転化部分および伝動メカニズム、発電ユニットの３つの部分が主に含まれる。伝動メカニズムと発電ユニットについては、本分野における周知の技術が用いられているため、本発明の要点を水力転化部分に置くものとする。
【００１３】
図１に示すとおり、本発明の水力転化部分には長方形の形状をした水流安定槽１が含まれる。前記水流安定槽には、上部水流安定板１１と下部水流安定板１２が備えられており、上下水流安定板の間には複数の強化フレーム１３が備えられている。前記水流安定槽１は、水流方向に沿って縦方向に備えられており、その横方向の側面は閉鎖ないし開放することができ、その縦方向の両端面は、水流の通過を確保できるように開放されている。水流安定槽１内には、メインフレーム２が取り付けられている。メインフレーム２には、縦方向に沿って隔てて備えられた２つのスプロケット２１と２２が含まれる。２つのスプロケット２１と２２との間には、環状のキャタピラチェーン２３が連結されている。キャタピラチェーン２３には、複数の折りたたみ帆２４が取り付けられている。折りたたみ帆２４は、キャタピラチェーン２３上にヒンジで連結されており、水流方向に沿って展開することができる。
【００１４】
図２は、スプロケット２１およびキャタピラチェーン２３の情況について詳細に示す図である。折りたたみ帆２４底部のヒンジ連結軸２４は、ロータリージョイント２４Ｂを通じて相応するキャタピラチェーン２３のチェーン軸に連結されている。各折りたたみ帆には複数のジョイントが含まれ、各ジョイント間は互いにヒンジで連結されている。折りたたみ帆とキャタピラチェーンとの間は、１本あるいは複数本の斜張チェーン２５で連結されている。各折りたたみは、１方向にのみ展開することができる。前方の折りたたみが展開するという動作により、後続の折りたたみ帆が展開され、メカニズム全体の円滑な作動が保証される。隣り合う折りたたみ帆同士の間には、少なくとも１本の相互連結チェーン２５Ａが備えられている。その他の好適な実施形態において、各折りたたみ帆の斜張チェーン２５は、いずれも前方の１つあるいは複数の折りたたみ帆を通じてキャタピラチェーン２３に連結されている。
【００１５】
図１において、矢印は水流方向を示している。水流の通過時に、上方のキャタピラチェーン上に位置する折りたたみ帆２４は、展開方向が水流方向と同一になることから、水流の推力を受けて展開し、展開した後、面積が増大することにより受ける推力がより増大する。折りたたみ帆がキャタピラチェーンの表面に対してほぼ垂直状態に開いた時に、最大の展開位置に達し、この時受ける水の推力は最大となる。各斜張チェーン２５も完全に伸長し、折りたたみ帆を引っ張り、過度の展開を防止する。複数の折りたたみ帆の受ける推力が複合されて、キャタピラチェーンを作動させることで、スプロケット２１と２２を回転させ、対応する回転軸２７と２８が反時計回りの回転を出力させ、さらに伝動メカニズム中のギアを通じて順次伝送することで、動力を発電ユニットに入力させて発電される。
【００１６】
前記の折りたたみ帆２４が展開して水流の推力を受けるキャタピラチェーン部分を、作動ゾーンと称す。これに相対する下方のもう一部分を、非作動ゾーンと称す。説明の便宜を図るため、水力転化部分を作動部分と非作動部分に分ける。作動部分には、キャタピラチェーンの作動ゾーンと展開した折りたたみ帆の部分が含まれ、非作動部分には、キャタピラチェーンの非作動ゾーンと閉じられた折りたたみ帆の部分が含まれ、折りたたみ帆２４がスプロケット２１に接近して来ると、作動ゾーンが徐々に非作動ゾーン段へと移動する。折りたたみ帆２４の展開する方向が水流方向に反対になることから、水流の抵抗力を受けて展開することができなくなる。下方のキャタピラチェーン（すなわち非作動ゾーン）と水流安定板１４の間の距離は可能な限り小さくし、閉じられた折りたたみ帆２４が、キャタピラチェーンの作動により通過し得る距離であればよい。上方のキャタピラチェーン（すなわち作動ゾーン）と水流安定板１３の間の距離は、折りたたみ帆２４が完全に展開した状態の長さに相当するか、あるいは前記の長さを多少上回る長さとする。これにより、水のエネルギーを存分に利用することが可能となる。
【００１７】
折りたたみ帆の最上端と水流安定板の接触により発生する抵抗力を低減させるため、折りたたみ帆の最上端に、ミニローラーあるいは回転ベアリングなどの回転部品２４１を取り付けることで、水流安定板との接触がスライド摩擦から回転摩擦に変化し、折りたたみ帆と水流安定板との摩擦力および損耗が低減される。回転部品は取り外しでき、摩耗次第、随時交換が可能である。
【００１８】
折りたたみ帆２４が作動ゾーンから非作動ゾーンに移動する時、作動ゾーンと非作動ゾーンの移動部分に旋回流を形成させれば、折りたたみ帆２４がより大きく展開できるが、この旋回流を形成させるための集流板１４を、図に示すとおり設けることができる。水流方向に応じて、集流板１４を上流位置に取り付け、水流安定板１１上にヒンジで連結して、キャタピラチェーンの非作動ゾーンに接近させる。当該集流板１４は揺動でき、展開方向は水流方向に一致する。集流板１４が水の推力を受けて展開する際の最大角度は９０°を上回り、水流の非作動ゾーンに対するマイナス影響を低減させるため、集流板１４が最大角度に達する際の高度は、キャタピラチェーンの作動ゾーンと非作動ゾーンのそれぞれの高さの間に収める必要がある。集流板１４とキャタピラチェーン２３、およびスプロケット２２間との距離は、折りたたみ帆２４が非作動ゾーンから作動ゾーンへ移動し徐々に展開するのに影響しないようにしなければならない。
【００１９】
折りたたみ帆を円滑に展開させるため、図中の符号２４２が示すように、各折りたたみ帆上端の１つあるいは複数のジョイント内部にバキュームチャンバを構成させることができる。折りたたみ帆２４が作動ゾーンから非作動ゾーンに移動する時、バキュームチャンバの働きにより、折りたたみ帆がより大きな浮力を受けて円滑に展開できる。
【００２０】
本発明における折りたたみ帆は、金属薄板あるいは硬質プラスチック薄板など、剛性の高い材料を用いるのが最も望ましい。柔性材料と比較して、剛性材料の受ける水流の推力の方が大きいためである。
【００２１】
水流方向が図１に示す方向が反対になる場合、本発明におけるメインフレームのキャタピラチェーンの作動ゾーンは下方に、また非作動ゾーン段は上方に位置付け、スプロケット軸の位置を調整して、下方のキャタピラチェーン（すなわち作動ゾーン）と水流安定板１４の間の距離を、折りたたみ帆２４が完全に展開した状態の長さに相当させるか、あるいは前記の長さを多少上回る長さとさせる。また、上方のキャタピラチェーン（すなわち非作動ゾーン）と水流安定板１３の間の距離は可能な限り小さくさせる。このように、下方の非作動ゾーンの折りたたみ帆が水の推力により展開された後、キャタピラチェーンを作動させ、回転軸２７と２８が反時計回りの回転を出力させ、最終的に発電ユニットを発電させる。集流板１４と同様に、この場合の水流安定板１３の上流位置は、図に示すとおり集流板１５の位置に設置する。
【００２２】
図１中に示す水力転化部分の作動部分と非作動部分は、上下に相対させて配置されているが、展開した折りたたみ帆が垂直方向あるいは水平方向になるように、水平に相対させて配置することもできる。後述の好適な実施形態において、水流安定槽には水平方向の左右水流安定板（あるいは前後水流安定板と称す）が含まれる。
【００２３】
図４は、類似の潮力発電機を示す図である。本発明の水力転化部分の水流安定槽内には、メインフレームの調整メカニズムを設置することができ、水流方向に応じてメインフレームの位置を調整することで、キャタピラチェーンの作動ゾーンと非作動ゾーンで相対位置を変更することが可能である。すなわち、同一のメインフレームで異なる方向の水流を利用して発電することが可能となる。当然ながら、本発明のメインフレームは固定するものであり、調整はできない。異なる方向の水流を利用するため、本発明の潮力発電機には、メインフレームの位置の異なる複数の水力転化部分が含まれており、これらは横列あるいは上下に配列され、それぞれ相応する水流の通過時に作動する。
【００２４】
このように、本発明の潮力発電機は、潮の干満に関わらず継続して作動することが可能である。また、本発明の水力転化部分は、水底あるいは水中、水面に取り付けることができ、
河川でも海洋でも取り付け場所は問わない。
【００２５】
図３に示す実施例において、水力転化部分は水面上に取り付けられている。非作動部分と作動部分は、上下に配列され（すなわち、展開した折りたたみ帆は垂直方向に沿っている）、水力転化部分に発生する動力は、伝動メカニズム２９を通じて機関室３２の発電ユニット３１に伝送される。発電ユニット３１は、最終的に運動エネルギーを電気エネルギーに転化し、この電気エネルギーはケーブルを通じてユーザーに伝送される。
【００２６】
図４に示すのは、同じく水力転化部分を水面に取り付けた場合の実施例であるが、このうち、非作動部分と作動部分が水平に配列されている（すなわち、展開した折りたたみ帆は水平方向に沿っている）。
【００２７】
図５は、水底に取り付けられた潮力発電機の実施例であり、このうち図６は図５の側面図である。当該実施例において、伝動メカニズム２９と２９’、および発電ユニット３１と３１’は、いずれも水流安定槽１を囲む形で周辺に配置されている。水流安定槽１の上方には、導流槽３０が設置されている。導流槽３０には、複数の水流安定槽に相当する導流通路が含まれ、上方の水流を規定量以上に引き込むことにより、折りたたみ帆２４の動力を増大させる働きを有する。
【００２８】
本発明のもう１つの好適な実施形態において、本発明の水力転化部分には、送水および排水の両メカニズムが備えられた平衡装置が含まれる。当該平衡装置は、水流安定槽上に取り付けられており、送水および排水により水流安定槽の重量を増加あるいは減少させ、水力転化部分を水中の相対位置に制御するものである。図３および図５に示す実施例において、平衡装置３３は直接メインフレーム２の内部に形成されており、これにより構造が簡略化されている。
【００２９】
前記の説明により、本発明の潮力発電機は構造が簡便であり、有効に水エネルギーを電気エネルギーに転化し得ることが明らかである。以上、添付図面を参照して本発明の好適な実施例について具体的に述べたが、上述の実施例は、本発明の範囲に何ら制限を加えるものではない。本分野の一般的な技術者に対し、本発明の精神および範囲を逸脱しないことを前提に為し得る、種々の改良および変形を認めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【図１】本発明の潮力発電機における１つの実施例を示す水力転化部分の説明図である。
【図２】図１の実施例におけるスプロケット部分の拡大図である。
【図３】水力転化部分を水面に設置した場合における、本発明の潮力発電機のもう１つの実施例を示す説明図である。このうち、作動ゾーンと非作動ゾーン部分は垂直方向に配列されている。
【図４】水力転化部分を水面に設置した場合における、本発明の潮力発電機のもう１つの実施例を示す説明図である。このうち、作動ゾーンと非作動ゾーン部分は水平方向に配列されている。
【図５】水底に設置した場合における、本発明の潮力発電機のさらにもう１つの実施例を示す説明図である。
【図６】図５に示す実施例の側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：水流安定槽１
２：メインフレーム
１１：上部水流安定板
１２：下部水流安定板
１３：強化フレーム
１３、１４：水流安定板
２１：スプロケット
２２：スプロケット
２３：キャタピラチェーン
２４：折りたたみ帆
２４：ヒンジ連結軸
２４Ｂ：ロータリージョイント
２５：斜張チェーン
２５Ａ：相互連結チェーン
２７、２８：回転軸
２９、２９’：伝動メカニズム
３０：導流槽
３１、３１’：発電ユニット
３２：機関室
３３：平衡装置
２４１：回転部品
２４２：バキュームチャンバ
【図１】
2009519396.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009519396.tif 000008
【国際調査報告】
2009519396.tif 000009
2009519396.tif 000010
2009519396.tif 000011
2009519396.tif 000012