(57)【要約】【課題】流水増速ダクト内で縮流されて低圧化された流水の吸引効果を効率よく利用することができる、水中発電装置および揚水装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明の水中発電装置Ｇは、水流コーン体１と、テーパーバー２１を有する整流装置２と、水中発電機３と、水流コーン体１の径方向外側に配置された筒状の流水増速ダクト４とを備え、テーパーバー２１は、テーパーバー拡径部２１ｂと、テーパーバー窄み部２１ｃとを有し、流水増速ダクト４が、ダクト流入開口部４ａからダクト排出開口部４ｂに向かって、水流コーン体１との間の空間が狭くなるように構成され、水流コーン体１は、水流コーン体１の後端部に、水流コーン体１の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部１１を水流コーン体１の周方向に沿って複数有し、切込部１１が、流水増速ダクト４のダクト排出開口部４ｂよりも先端側に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなし、上流側となる先端側から流入した流水を下流側となる後端側から排水するように構成された水流コーン体と、
前記水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の軸方向に沿って延びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に延びるように形成されたガイドベーンを含む整流装置と、
前記水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の内部に流入する水により発電を行う羽根車を備えた水中発電機と、
前記水流コーン体の径方向外側に、前記水流コーン体の外周面に対して離間して配置された筒状の流水増速ダクトと
を備え、
前記水流コーン体は、外周面および内周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部を有し、
前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から前記水流コーン体の後端側に向かって外周面が漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有し、
前記流水増速ダクトが、先端側に形成されたダクト流入開口部から流入した流水を後端側に形成されたダクト排出開口部から排出するように構成され、
前記流水増速ダクトが、前記ダクト流入開口部から前記ダクト排出開口部に向かって、前記水流コーン体の外周面との間の空間が狭くなるように構成されている、流水により発電可能な、水流コーン体を用いた水中発電装置であって、
前記水流コーン体は、前記水流コーン体の後端部に、前記水流コーン体の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部を、前記水流コーン体の周方向に沿って複数有し、
前記切込部が、前記流水増速ダクトの前記ダクト排出開口部よりも先端側に位置している、
水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項２】
前記切込部が、前記水流コーン体の後端側の縁部から略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれ、前記切込部の先端側の端部から前記水流コーン体の後端側の縁部に向かって、前記切込部の開口幅が大きくなるように構成されている、請求項１記載の水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項３】
前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略円形であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって縮径するように構成されている請求項１または２に記載の水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項４】
筒状をなし、上流側となる先端側から流入した流水を下流側となる後端側から排水するように構成された水流コーン体と、
該水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の軸方向に沿って延びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に延びるように形成されたガイドベーンを含む整流装置と、
前記水流コーン体の内部に配置された羽根車と、
前記羽根車の回転により水を汲み上げる揚水機構と、
前記水流コーン体の径方向外側に、前記水流コーン体の外周面に対して離間して配置された筒状の流水増速ダクトと
を備え、
前記水流コーン体は、外周面および内周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部を有し、
前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から前記水流コーン体の後端側に向かって外周面が漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有し、
前記流水増速ダクトが、先端側に形成されたダクト流入開口部から流入した流水を後端側に形成されたダクト排出開口部から排出するように構成され、
前記流水増速ダクトが、前記ダクト流入開口部から前記ダクト排出開口部に向かって、前記水流コーン体の外周面との間の空間が狭くなるように構成されている、水流コーン体を用いた揚水装置であって、
前記水流コーン体は、前記水流コーン体の後端部に、前記水流コーン体の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部を、前記水流コーン体の周方向に沿って複数有し、
前記切込部が、前記流水増速ダクトの前記ダクト排出開口部よりも先端側に位置している、
水流コーン体を用いた揚水装置。
【請求項５】
前記切込部が、前記水流コーン体の後端側の縁部から略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれ、前記切込部の先端側の端部から前記水流コーン体の後端側の縁部に向かって、前記切込部の開口幅が大きくなるように構成されている、請求項４記載の水流コーン体を用いた揚水装置。
【請求項６】
前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略円形であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって縮径するように構成されている請求項４または５に記載の水流コーン体を用いた揚水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川、海等の水中に設置され、流水エネルギー（河流、潮流、海流）を利用して、筒状の水流コーン体の内部に設けられた羽根車を回転させて発電する水流発電装置に関する。また、本発明は、河川、海等の水中に設置され、流水エネルギー（河流、潮流、海流）を利用して、筒状の水流コーン体の内部に設けられた羽根車を回転させて、水を汲み上げる揚水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図６に示されるように、水流コーン体１０１を備えた水中発電装置１００が開示されている。この水中発電装置１００に用いられる水流コーン体１０１は、装置外部の河川等の水を先端側（上流側）から吸引して後端側（下流側）から放出するものであり、円錐状に形成された筒状をなす。また、水流コーン体１０１の内周面は、先端側に窄んだ漏斗状に形成され、後端側がテーパー状になっている。この水中発電装置１００は、水流コーン体１０１の後端付近で水流を高速にして、河川等の流水による水力エネルギーを効率よく活用できる。
【０００３】
特許文献１の水中発電装置１００は、図６に示されるように、水流コーン体１０１の径方向外側に、筒状の流水増速ダクト１０２を備えている。流水増速ダクト１０２は、ダクト流入開口部１０３からダクト排出開口部１０４に向かって、水流コーン体１０１との間の空間が狭くなるように構成されている。流水増速ダクト１０２の下流側の縁部においては、ダクト排出開口部１０４と水流コーン体１０１との間から排出される流水の流れ方向が、水流コーン体１０１の内部から排出される流水の流れに向かうように、流水増速ダクト１０２の内側に向かって窄んでいる。また、特許文献１の水中発電装置１００では、流水増速ダクト１０２の下流側の縁部は、水流コーン体１０１に対して軸方向で先端側（上流側）に位置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７４５７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の水中発電装置１００では、ダクト排出開口部１０４と水流コーン体１０１との間から排出される低圧化された流水に、水流コーン体１０１の内部から排出される高圧化された流水が吸引されて合流することにより、一定の効果を得るものである。しかしながら、特許文献１の水中発電機１００では、流水がダクト排出開口部１０４から排出される時点においては、流水は低圧状態となっているものの、水流コーン体１０１の内部から排出される高圧化された流水と合流するまでの間に、圧力が高まってしまい、流水の吸引効果がうまく得られない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明はかかる問題点に鑑みて、流水増速ダクト内で縮流されて低圧化された流水の吸引効果を効率よく利用することができる、水中発電装置および揚水装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の水流コーン体を用いた水中発電装置は、筒状をなし、上流側となる先端側から流入した流水を下流側となる後端側から排水するように構成された水流コーン体と、前記水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の軸方向に沿って延びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に延びるように形成されたガイドベーンを含む整流装置と、前記水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の内部に流入する水により発電を行う羽根車を備えた水中発電機と、前記水流コーン体の径方向外側に、前記水流コーン体の外周面に対して離間して配置された筒状の流水増速ダクトとを備え、前記水流コーン体は、外周面および内周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部を有し、前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から前記水流コーン体の後端側に向かって外周面が漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有し、前記流水増速ダクトが、先端側に形成されたダクト流入開口部から流入した流水を後端側に形成されたダクト排出開口部から排出するように構成され、前記流水増速ダクトが、前記ダクト流入開口部から前記ダクト排出開口部に向かって、前記水流コーン体の外周面との間の空間が狭くなるように構成されている、流水により発電可能な、水流コーン体を用いた水中発電装置であって、前記水流コーン体は、前記水流コーン体の後端部に、前記水流コーン体の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部を、前記水流コーン体の周方向に沿って複数有し、前記切込部が、前記流水増速ダクトの前記ダクト排出開口部よりも先端側に位置していることを特徴とする。
【０００８】
また、上記水中発電装置は、前記切込部が、前記水流コーン体の後端側の縁部から略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれ、前記切込部の先端側の端部から前記水流コーン体の後端側の縁部に向かって、前記切込部の開口幅が大きくなるように構成されていることが好ましい。
【０００９】
また、上記水中発電装置は、前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略円形であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって縮径するように構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の水流コーン体を用いた揚水装置は、筒状をなし、上流側となる先端側から流入した流水を下流側となる後端側から排水するように構成された水流コーン体と、該水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の軸方向に沿って延びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に延びるように形成されたガイドベーンを含む整流装置と、前記水流コーン体の内部に配置された羽根車と、前記羽根車の回転により水を汲み上げる揚水機構と、前記水流コーン体の径方向外側に、前記水流コーン体の外周面に対して離間して配置された筒状の流水増速ダクトとを備え、前記水流コーン体は、外周面および内周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部を有し、前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から前記水流コーン体の後端側に向かって外周面が漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有し、前記流水増速ダクトが、先端側に形成されたダクト流入開口部から流入した流水を後端側に形成されたダクト排出開口部から排出するように構成され、前記流水増速ダクトが、前記ダクト流入開口部から前記ダクト排出開口部に向かって、前記水流コーン体の外周面との間の空間が狭くなるように構成されている、水流コーン体を用いた揚水装置であって、前記水流コーン体は、前記水流コーン体の後端部に、前記水流コーン体の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部を、前記水流コーン体の周方向に沿って複数有し、前記切込部が、前記流水増速ダクトの前記ダクト排出開口部よりも先端側に位置していることを特徴とする。
【００１１】
また、上記揚水装置は、前記切込部が、前記水流コーン体の後端側の縁部から略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれ、前記切込部の先端側の端部から前記水流コーン体の後端側の縁部に向かって、前記切込部の開口幅が大きくなるように構成されていることが好ましい。
【００１２】
また、上記揚水装置は、前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略円形であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって縮径するように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の水中発電装置および揚水装置によれば、流水増速ダクト内で縮流されて低圧化された流水の吸引効果を効率よく利用することができ、流水のエネルギーの利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の水中発電装置を示す部分断面図である。
【図２】図１の水中発電装置を先端側から見た図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線端面図である。
【図４】本発明の一実施形態の揚水装置を示す部分断面図である。
【図５】図４の揚水装置を先端側から見た図である。
【図６】従来の水中発電装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照し、本発明の一実施形態の水中発電装置および揚水装置を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまで一例であり、本発明の水中発電装置および揚水装置は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１に本発明の一実施形態の水中発電装置Ｇを示している。この水中発電装置Ｇは、筒状をなし、先端ＵＳ側（上流側）から流入した流水を後端ＤＳ側（下流側）から排水するように構成された水流コーン体１と、水流コーン体１の内部に配置され、水流コーン体１の軸方向に沿って延びるテーパーバー２１と、テーパーバー２１から軸方向に延びるように形成されたガイドベーン２２とを含む整流装置２と、水流コーン体１の内部に配置され、水流コーン体１の内部に流入する水により発電を行う、羽根車（プロペラ水車）３１を備えた水中発電機３とを備えている。水中発電機３は、本実施形態では、図１に示されるように、整流装置２の先端ＵＳ側（上流側）に取り付けられ、水中発電機３に羽根車３１が取り付けられている。水中発電機３からは、電力が送電される送電コード３２が延びている。水中発電装置Ｇは、ロープＲ等の係留手段を介して、河川等の水中の所定の位置で保持される。水中発電装置Ｇを所定の位置で保持する方法は限定されないが、所定の重量を有する錘を川底に沈めてその錘により水中発電装置Ｇを所定の位置に保持してもよいし、河川の外部に設けられた固定構造物にロープＲを固定して、水中発電装置Ｇを所定の位置に保持してもよい。また、本実施形態では、水中発電装置Ｇが川底に沈んで配置されているが、図示しないフロートを用いて、川底から浮いた状態としても構わない。
【００１７】
図１の矢印Ｆ１は、水流コーン体１の外部かつ後述する流水増速ダクト４の内側を流れる流水を示し、矢印Ｆ２は、水流コーン体１の先端ＵＳ側から吸い込まれ、羽根車３１を介して水流コーン体１の内部を通過する流水を示す。また、矢印Ｆは、矢印Ｆ１およびＦ２で示す流水以外の流水を示している。
【００１８】
水流コーン体１は、略円錐台状に形成された筒状をなし、水流コーン体１は、先端ＵＳ側（図１中、左側）で窄んだ漏斗状で、先端ＵＳ側に形成された先端側開口部（上流側開口部）１ａの口径が、後端ＤＳ側に形成された後端側開口部（下流側開口部）１ｂの口径よりも小さく、先端ＵＳ側から後端ＤＳ側（図１中、右側）に向けて送水する。また、水流コーン体１は、水流コーン体１の先端ＵＳ側に設けられた、略円筒状の筒部１ｃと、この筒部１ｃから後端ＤＳ側に向かって延び、外周面および内周面が先端ＵＳ側から後端ＤＳ側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部１ｄを有している。また、本実施形態では、後述するように、水流コーン体１は、水流コーン体１の後端ＤＳ側の縁部に、水流コーン体１の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部１１を、水流コーン体１の周方向に沿って複数有している。なお、水流コーン体１の材質は、内部を流れる水の水圧に耐え得る剛性を備えたものであれば、特に限定されるものではなく、たとえば、樹脂や金属などで成形することができる。
【００１９】
整流装置２は、図１および図３に示すように、軸方向に沿って延びるテーパーバー２１と、テーパーバー２１の軸方向に延びるように形成され、かつ、テーパーバー２１に周方向に等間隔で配置された複数の（たとえば周方向に９０度間隔で配置された４つの）ガイドベーン２２とを有する。ガイドベーン２２により整流装置２と、水流コーン体１とを接続している。テーパーバー２１は、外周面が先端ＵＳ側から後端ＤＳ側に向けてテーパー状に拡径するテーパーバー拡径部２１ｂと、テーパーバー拡径部２１ｂから水流コーン体１の後端ＤＳ側に向かって外周面が漸次縮径するテーパーバー窄み部２１ｃとを有する。テーパーバー拡径部２１ｂと、テーパーバー窄み部２１ｃとの軸方向での境界部分は、テーパーバー２の最大外径部２１ａとなっている。テーパーバー拡径部２１ｂのテーパー角度は、テーパーバー拡径部２１ｂの外周面と水流コーン体１のコーン体拡径部１ｄの内周面との間の流水Ｆ２用通路の幅が先端ＵＳ側から後端ＤＳ側に向けて大きくなるように設計されている。
【００２０】
なお、テーパーバー拡径部２１ｂの長さは、たとえば、テーパーバー窄み部２１ｃの長さの２〜５倍とすることができる。しかし、水流コーン体１の後端側開口部１ｂからの流水Ｆ２の放出量の増大という目的が達成できるのであれば、テーパーバー拡径部２１ｂやテーパーバー窄み部２１ｃの長さは特に限定されるものではない。整流装置２は、水流コーン体１の内部を流れる流水Ｆ２の水圧に耐え得る剛性を備えたものであれば特に限定されるものではなく、たとえば、樹脂や金属などで成形することが可能である。
【００２１】
本実施形態の場合、水流コーン体１の内部に整流装置２を配置しているため、整流装置２のテーパーバー２１と４つのガイドベーン２２とで水流コーン体１内部の空間を周方向に、かつ、軸方向に沿って分割することができる。これにより、水流コーン体１のテーパー角度を低減することができる。その結果、水中発電装置Ｇが作動して水流コーン体１内部に吸い込まれた流水Ｆ２は、水流コーン体１の内周面に衝突しにくくなり、渦流発生が抑制される。これにより、水流コーン体１内部での流水Ｆ２の流れが高速化し、水流コーン体１内部での水力エネルギーの損失を抑制できる。その結果、水中発電装置Ｇの水力エネルギーの利用効率を向上させることができる。
【００２２】
また、本実施形態の水中発電装置Ｇは、水流コーン体１の径方向外側に、その内周面が水流コーン体１の外周面に対して離間して配置された筒状の流水増速ダクト４を備えている。流水増速ダクト４は、水流コーン体１およびテーパーバー２１と同軸となるように配置されている。流水増速ダクト４は、後述するように、水流コーン体１の後端側開口部１ｂから排出される流水Ｆ２を低圧化し、速度を増速するように構成されている。
【００２３】
本実施形態では、流水増速ダクト４は、図１に示されるように、河川等の底部などに設置され、流水増速ダクト４の外側に、河川等の底で支持するための脚部４１を有している。また、流水増速ダクト４の先端ＵＳ側には、水中発電装置Ｇを係留するためにロープＲが接続されるロープ接続部４２を有している。流水増速ダクト４の材料は、特に限定されないが、水流コーン体１等と同様の樹脂や金属により形成することができる。
【００２４】
流水増速ダクト４は、先端ＵＳ側および後端ＤＳ側が開口した略筒状に形成され、図１に示されるように、先端ＵＳ側にダクト流入開口部４ａが形成され、流水Ｆを流水増速ダクト４ａ内に導入するように構成されている。また、流水増速ダクト４は、図１に示されるように、後端ＤＳ側にダクト排出開口部４ｂが形成され、流水増速ダクト４内に流入した流水を後端ＤＳ側から排出できるように構成されている。なお、本実施形態では、図１および図２に示されるように、流水増速ダクト４は、軸方向に垂直な断面が略円形となるように構成されているが、流水増速ダクト４は、断面を略矩形状等、多角形状としても構わない。
【００２５】
流水増速ダクト４と水流コーン体１との間の接続方法は、水流コーン体１とテーパーバー２１との間の接続方法と同様に、たとえば、ガイドベーン５（図２参照）を設けることにより接続される。本実施形態では、図１および図２に示されるように、ガイドベーン５は、水流コーン体１の軸方向に延びるように形成され、かつ、水流コーン体１の周方向に９０度間隔で４つ配置されている。ガイドベーン５の材料や取付方法は、上述したガイドベーン２２と同様とすることができる。
【００２６】
流水増速ダクト４は、図１に示されるように、ダクト流入開口部４ａからダクト排出開口部４ｂに向かって、流水増速ダクト４の内周面と水流コーン体１の外周面との間の空間が狭くなるように構成されている。流水増速ダクト４は、流水増速ダクト４の内周面と水流コーン体１の外周面との間の空間が狭くなるように構成されていれば、流水増速ダクト４の内周面の内側に形成される空間の断面積が先端ＵＳ側から後端ＤＳ側まで同一（たとえば、流水増速ダクト４が先端ＵＳ側から後端ＤＳ側にかけて同径）であってもよいが、本実施形態では、流水増速ダクト４は、先端ＵＳ側から後端ＤＳ側に向かって、軸方向に垂直な断面が小さくなるように、流水増速ダクト４の内周面がテーパー状に形成されている。これにより、流水増速ダクト４と、水流コーン体１のテーパーが逆向きとなり、流水Ｆ１の縮流効果を高めることができ、流水増速ダクト４および水流コーン体１の軸方向の長さを短くすることができ、装置全体を小型化することができる。なお、装置全体の大きさは特に限定されないが、テーパーバー２１の後端ＤＳ側の端部から水中発電機３までの軸方向の長さは、たとえば、８００〜１２００ｍｍとすることができる。また、流水増速ダクト４の軸方向の長さは、たとえば、７００〜１０００ｍｍとすることができ、水流コーン体１の軸方向の長さは、たとえば、７００〜１０００ｍｍとすることができる。また、流水増速ダクト４の外径（直径）は、たとえば、ダクト流入開口部４ａが４００〜６００ｍｍ、ダクト排出開口部４ｂが２００〜４００ｍｍとすることができる。また、水流コーン体１の外径（直径）は、たとえば、先端側開口部１ａが８０〜１２０ｍｍ、後端側開口部１ｂが２５０〜３５０ｍｍとすることができる。
【００２７】
流水増速ダクト４の先端ＵＳ側に形成されるダクト流入開口部４ａは、本実施形態では、水流コーン体１の先端側開口部１ａよりも軸方向でわずかに下流側に設けられている。しかし、流水増速ダクト４のダクト流入開口部４ａの軸方向における位置は、図示する位置に限定されず、たとえば、水流コーン体１の先端側開口部１ａと一致するように設けられていてよいし、水流コーン体１の先端側開口部１ａの先端ＵＳ側に位置するように設けられていてもよい。
【００２８】
本実施形態では、図１および図３に示されるように、水流コーン体１は、水流コーン体１の後端部に、水流コーン体１の径方向で内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部１１を、水流コーン体１の周方向に沿って複数有している。切込部１１は、水流コーン体１の後端ＤＳ側の縁部から先端ＵＳ側に向かって所定の長さで切り欠かれた部分であり、水流コーン体１の内部を流れる水流Ｆ２と、流水増速ダクト４と水流コーン体１との間を流れる水流Ｆ１とを合流させる。
【００２９】
本実施形態では、切込部１１は、図１に示されるように、水流コーン体１の後端側の縁部から略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれ、切込部１１の先端ＵＳ側の端部１１ａから水流コーン体１の後端ＤＳ側の縁部に向かって、切込部１１の開口幅が大きくなるように構成されている。切込部１１は、本実施形態では、周方向に等間隔で形成されている。
【００３０】
また、本実施形態では、水流コーン体１のコーン体拡径部１ｄの軸方向の全体が、流水増速ダクト４に覆われている。水流コーン体１の後端側開口部１ｂは、流水増速ダクト４の後端側の縁部となる、ダクト排出開口部４ｂよりも上流側に位置している。水流コーン体１の後端側開口部１ｂの軸方向の位置は特に限定されないが、たとえば、ダクト排出開口部４ｂから約３０〜１００ｍｍ、好ましくは約５０〜７０ｍｍの位置とすることができる。切込部１１は、流水増速ダクト４の後端ＤＳ側の縁部よりも先端ＵＳ側に位置している。切込部１１の先端ＵＳ側の端部１１ａは、水流コーン体１の後端側開口部１ｂから所定の長さ上流側に位置している。切込部１１の軸方向の長さは特に限定されないが、たとえば、水流コーン体１の軸方向の長さの１／２〜１／４程度とすることができ、好ましくは１／３〜１／４とすることができる。本実施形態では、切込部１１の軸方向の長さは、たとえば、２００〜３００ｍｍとすることができる。
【００３１】
上述したように、水流コーン体１の後端部に、水流コーン体１の内側と外側とを連通させる切込部１１が周方向に複数設けられている。これにより、水流コーン体１と流水増速ダクト４との間を流れる流水Ｆ１は、切込部１１の箇所において、水流コーン体１の内部を流れる流水Ｆ２と混合および誘引される。このため、流水Ｆ２は、増速された流水Ｆ１と合流することにより、下流側に向かって速度が上昇し、流水Ｆ１とＦ２とが合流した流水Ｆ３となって、流水増速ダクト４のダクト排出開口部４ｂから放流される。したがって、増速された流水Ｆ２により、水流コーン体１や流水増速ダクト４が無い場合と比べて、羽根車３１をより多く回転させ、羽根車３１の回転による発電能力が向上する。したがって、流水Ｆの速度がそれほど速くない水中に水中発電装置Ｇを設けた場合であっても、流水増速ダクト４により発電能力が向上する。そして、本実施形態では、切込部１１が、流水増速ダクト４の後端ＤＳ側の縁部よりも先端ＵＳ側に位置していることにより、流水増速ダクト４の外部から、低圧となった流水Ｆ１が圧力面での影響を受けにくい。そのため、流水Ｆ１の縮流効果が流水増速ダクト４の外部の流水Ｆの影響を受けずに、縮流された状態が維持され、流水の吸引効果を効率よく利用することができ、流水のエネルギーの利用効率を高めることができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、水中発電装置Ｇにより発電するものを説明したが、水中発電機Ｇに代えて、図４および図５に示されるように、揚水機構６を設けて、水中から水を汲み上げる揚水装置Ｐとすることもできる。なお、水流コーン体１、テーパーバー２１、ガイドベーン２２、流水増速ダクト４等については、上記水中発電装置Ｇで用いたものと基本的に同じものを用いることができるため、説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３３】
図４および図５に示されるように、水流コーン体１の先端ＵＳ側には、揚水機構６が設けられている。揚水機構６は、水が導入される導入口６１と、導入された水を汲み上げるために回転する揚水用羽根車６２と、揚水用羽根車６２の回転に伴って上方へ送出される水の通路となる、揚水管６３とを備えている。揚水用羽根車６２は、水流コーン体１内で回転する羽根車３１に同軸上で接続されており、羽根車３１の回転に伴って回転するように構成されている。揚水用羽根車６２は、揚水機構６のチャンバ６４内に収容されており、チャンバ６４は、導入口６１と揚水管６３との間に配置されている。チャンバ６４は、水流コーン体１の内部とは遮断されている。なお、本実施形態では、揚水装置Ｐは、フロート７により水面上に浮上するように構成されている。
【００３４】
水流コーン体１の内部への水の導入は、水流コーン体１の筒部１ｃの側面に形成された先端側開口部１ａからなされる。筒部１ｃ内には、側面が凹状に湾曲して形成された略円錐台状のガイド部材１ｅが設けられ、軸方向で羽根車３１と揚水用羽根車６２との間に配置されている。先端側開口部１ａから流水が導入されると、ガイド部材１ｅの湾曲した側面に沿って流水が水流コーン体１の内部に流れ込む。水流コーン体１の後端側開口部１ｂから排出される流水Ｆ３は、上述したように流水増速ダクト４と水流コーン体１との間を通る低圧状態の流水Ｆ１と、水流コーン体１の内部を通る流水Ｆ２とが合流して流水Ｆ３となって排出される。これにより、水流コーン体１内部の流水Ｆ２は、先端ＵＳ側から後端側開口部１ｂへ向けて増速されて高速水流となる。したがって、流水増速ダクト４を設けることにより、水流コーン体１内を通過する流水Ｆ２の速度が上昇し、水流コーン体１や流水増速ダクト４が無い場合と比較して、羽根車３１がより多く回転し、それにより、揚水用羽根車６２がより多く回転し、揚水効果が向上する。したがって、流水Ｆの速度がそれほど速くない水中に揚水装置Ｐを設けた場合であっても、充分な揚水効果を発揮することができる。
【００３５】
なお、上述した実施形態では、切込部１１は、略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれたものを例示しているが、切込部１１は、軸方向に沿って同じ幅を有するスリット状であってもよく、流水増速ダクト４の縁部の手前で流水Ｆ１とＦ２とを合流させるように、水流コーン体１の内側と外側とを連通させるものであればよい。また、切込部１１は、軸方向に連続して開口しているが、軸方向に沿って分断された複数の孔から構成されていてもよい。
【００３６】
また、流水増速ダクト４およびフロート７を、折り畳み可能な材料から構成してもよい。この場合、流水増速ダクト４およびフロート７を携行時にコンパクトにすることができ、野営用等に活用することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態の水中発電装置Ｇおよび揚水装置Ｐでは、水流コーン体１および流水増速ダクト４をそれぞれ１つのみ使用しているが、配置スペースや用途に応じて、複数の水流コーン体１および流水増速ダクト４を連結して使用することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  水流コーン体
１ａ  先端側開口部（上流側開口部）
１ｂ  後端側開口部（下流側開口部）
１ｃ  筒部
１ｄ  コーン体拡径部
１ｅ  ガイド部材
１１  切込部
１１ａ  切込部の先端側の端部
２  整流装置
２１  テーパーバー
２１ａ  テーパーバーの最大外径部
２１ｂ  テーパーバー拡径部
２１ｃ  テーパーバー窄み部
２２  ガイドベーン
３  水中発電機
３１  羽根車（プロペラ水車）
３２  送電コード
４  流水増速ダクト
４ａ  ダクト流入開口部
４ｂ  ダクト排出開口部
４１  脚部
４２  ロープ接続部
５  ガイドベーン
６  揚水機構
６１  導入口
６２  揚水用羽根車
６３  揚水管
６４  チャンバ
７  フロート
ＤＳ  後端
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３  流水
Ｇ  水中発電装置
Ｐ  揚水装置
Ｒ  ロープ
ＵＳ  先端
【図１】
2019027411.tif 000003
【図２】
2019027411.tif 000004
【図３】
2019027411.tif 000005
【図４】
2019027411.tif 000006
【図５】
2019027411.tif 000007
【図６】
2019027411.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月13日(2017.11.13)
【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】
筒状をなし、上流側となる先端側から流入した流水を下流側となる後端側から排水するように構成された水流コーン体と、
前記水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の軸方向に沿って延びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に延びるように形成されたガイドベーンを含む整流装置と、
前記水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の内部に流入する水により発電を行う羽根車を備えた水中発電機と、
前記水流コーン体の径方向外側に、前記水流コーン体の外周面に対して離間して配置された筒状の流水増速ダクトと
を備え、
前記水流コーン体は、外周面および内周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部を有し、
前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から前記水流コーン体の後端側に向かって外周面が漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有し、
前記流水増速ダクトが、先端側に形成されたダクト流入開口部から流入した流水を後端側に形成されたダクト排出開口部から排出するように構成され、
前記流水増速ダクトが、前記ダクト流入開口部から前記ダクト排出開口部に向かって、前記水流コーン体の外周面との間の空間が狭くなるように構成されている、流水により発電可能な、水流コーン体を用いた水中発電装置であって、
前記水流コーン体は、前記水流コーン体の後端部に、前記水流コーン体の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部を、前記水流コーン体の周方向に沿って複数有し、
前記切込部が、前記流水増速ダクトの前記ダクト排出開口部よりも先端側に位置し、
前記切込部の軸方向の長さが、前記水流コーン体の軸方向の長さの１／２〜１／４である、
水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項２】
前記切込部が、前記水流コーン体の後端側の縁部から略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれ、前記切込部の先端側の端部から前記水流コーン体の後端側の縁部に向かって、前記切込部の開口幅が大きくなるように構成されている、請求項１記載の水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項３】
前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略円形であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって縮径するように構成されている請求項１または２に記載の水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項４】
筒状をなし、上流側となる先端側から流入した流水を下流側となる後端側から排水するように構成された水流コーン体と、
該水流コーン体の内部に配置され、前記水流コーン体の軸方向に沿って延びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に延びるように形成されたガイドベーンを含む整流装置と、
前記水流コーン体の内部に配置された羽根車と、
前記羽根車の回転により水を汲み上げる揚水機構と、
前記水流コーン体の径方向外側に、前記水流コーン体の外周面に対して離間して配置された筒状の流水増速ダクトと
を備え、
前記水流コーン体は、外周面および内周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部を有し、
前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から前記後端側に向けてテーパー状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から前記水流コーン体の後端側に向かって外周面が漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有し、
前記流水増速ダクトが、先端側に形成されたダクト流入開口部から流入した流水を後端側に形成されたダクト排出開口部から排出するように構成され、
前記流水増速ダクトが、前記ダクト流入開口部から前記ダクト排出開口部に向かって、前記水流コーン体の外周面との間の空間が狭くなるように構成されている、水流コーン体を用いた揚水装置であって、
前記水流コーン体は、前記水流コーン体の後端部に、前記水流コーン体の内側と外側とを連通させる、軸方向に延びる切込部を、前記水流コーン体の周方向に沿って複数有し、
前記切込部が、前記流水増速ダクトの前記ダクト排出開口部よりも先端側に位置し、
前記切込部の軸方向の長さが、前記水流コーン体の軸方向の長さの１／２〜１／４である、
水流コーン体を用いた揚水装置。
【請求項５】
前記切込部が、前記水流コーン体の後端側の縁部から略Ｖ形ウェーブ状に切り込まれ、前記切込部の先端側の端部から前記水流コーン体の後端側の縁部に向かって、前記切込部の開口幅が大きくなるように構成されている、請求項４記載の水流コーン体を用いた揚水装置。
【請求項６】
前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略円形であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって縮径するように構成されている請求項４または５に記載の水流コーン体を用いた揚水装置。