(57)【要約】  本発明は、水力発電所のための水中ユニット（１）、およびそのようなユニットを複数備えるモジュール式水力発電所（２）に関する。本発明によるユニット（１）は、従来の水力発電所の機能の原則を用い、かつ水圧管路（２００）を備え、この水圧管路（２００）は、少なくとも１００ｍ、好ましくは約１５０〜３００ｍの「水頭」を備え、運動エネルギーを水から前記タービンへと伝達し、次いで運動エネルギーを電力に変換するように、運動エネルギーの高い水塊を、ため池の水面から、ため池自体の水面より下の深さに設けられる１つまたは複数のタービン（３０１ａ〜３０１ｆ）へと運ぶ。タービンの下流に配置される体積可変排出タンク（３１３ａ、３１３ｂ）を用いることにより、タービンを作動させるために用いられる水塊自体を、周囲環境へと、容易かつ効果的に戻すことができる。
2013501182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ため池内で水中に配置するのに適した水力発電所（１）のためのユニットであって、
前記ため池の水を前記ユニットに供給するための入口ポート（１００）と、
前記入口ポートよりも深いところに設けられる、前記ため池の水を前記ユニットから排出するための出口ポート（４００）と、
前記入口ポートを前記出口ポートに連結する、水圧管路（２００）を備える管構成（２００、３０３、３０５、３１１、３１７ａ、３１７ｂ）と、
前記水圧管路の下流に前記管構成に沿って設けられ、そこを流れる水を中断するように構成され、それぞれ対応する交流発電機に関連付けられる１つまたは複数のタービン（３０１ａ〜３０１ｆ）とを備え、
前記水圧管路（２００）が、入口区間（２００ａ）および出口区間（２００ｂ）を備え、前記出口区間（２００ｂ）は、前記水圧管路を流れる水が対応する運動エネルギーを得るように、前記入口区間（２００ａ）に対して少なくとも１００メートルの深さにあること、および前記管構成において、前記タービン（３０１ａ〜３０１ｆ）と前記出口ポート（４００）との間に１つまたは複数の体積可変排出タンク（３１３ａ、３１３ｂ）が設けられることを特徴とするユニット（１）。
【請求項２】
前記体積可変排出タンクが、体積可変補償チャンバ（３２１ａ、３２１ｂ）を備える拡張タンク（３１３ａ、３１３ｂ）である、請求項１に記載のユニット（１）。
【請求項３】
２つの前記体積可変排出タンク（３１３ａ、３１３ｂ）が設けられる、請求項１または２に記載のユニット（１）。
【請求項４】
前記管構成が、前記２つのタンクのうちの一方を前記管構成と選択的に連結させるために、前記タービンと前記体積可変排出タンクとの間に配置される選択弁（３１５）を備える、請求項３に記載のユニット（１）。
【請求項５】
複数のタービン（３０１ａ〜３０１ｆ）が設けられ、前記管構成が、前記管構成をそれぞれの前記タービンと連結されるように前記水圧管路と前記タービンとの間に設けられる複数の分岐（３０５）を備える、請求項１から４のいずれかに記載のユニット（１）。
【請求項６】
前記タービンそれぞれの下流に、前記管構成が水出口チャネル（３０７）を備え、前記出口チャネル（３０７）が、（１つまたは複数の）前記体積可変タンクに連結される共通の通過チャンバ（３０９）に連結される、請求項５に記載のユニット（１）。
【請求項７】
前記１つまたは複数のタービンならびに対応する交流発電機が、水密空間（３００）内に収容される、請求項１から６のいずれかに記載のユニット（１）。
【請求項８】
前記空間（３００）が、前記空間自体に入るための通路（３２９）を備え、前記通路が、その端部に水密隔壁（３３１）を備える、請求項７に記載のユニット（１）。
【請求項９】
前記入口ポート（１００）が、前記ため池の水面付近に設けられる、請求項１から８のいずれかに記載のユニット（１）。
【請求項１０】
前記水圧管路（２００）の前記入口区間が、前記ため池の水面付近に設けられる、請求項７に記載のユニット（１）。
【請求項１１】
前記水圧管路の前記出口区間が、前記水圧管路の前記入口区間に対してほぼ１５０〜３００ｍの深さにある、請求項１に記載のユニット（１）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の発電のための複数のユニット（１）を備えることを特徴とする、発電所（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電所のためのユニットに関する。より詳細には、本発明は、水力発電所のための水中ユニットに関する。
本発明はまた、少なくとも１つのそのようなユニットを備える水中水力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所は、広く普及しており、発電のために用いられる。
これらの発電所は、流れる水塊を発電に用いる。水は、水の推力によって回転する１つまたは複数のタービン内へと運ばれ、それぞれのタービンは、回転運動を電力に変換する交流発電機に結合される。水によりタービンに与えられる速度は、少なくとも１００ｍ、好ましくは１５０〜３００ｍの「水頭」と呼ばれる高差によって生み出され、タービンが配置される高さにて動圧に変換される。
【０００３】
水力発電所の動作のための十分な貯水を有するために、一般に、ダムがある川の狭窄部の堰によって人工のため池が作り出され、このため池から水が水圧管路内で「水頭」によりタービンへと搬送され、そのブレードへと運動エネルギーを伝達する。
【０００４】
水力発電所は、火力または原子力発電所に対して明らかな利点を有することができるが、欠点がないわけではない。
第１に、ため池とタービンとの間の高差の要求があることにより、発電所を設置することが可能な場所の選択が制限される。第２に、人工のため池を作り出す必要があることは、発電所の建設費に大きな影響を及ぼす。第３に、川の狭窄部を遮断するダムにより、川の固体（砂および砂利）の海への移送が遮断され、その場合、固体堆積物が減少またはなくなることにより、海岸侵食の現象が生じる。最後に、水力発電用の大型のため池は、風景を変えること、野生生物の生息地の破壊、人口の移動、農業地帯の喪失などによる、周囲地域への強力または重大な環境および社会経済上の影響を有する。
【０００５】
大量の水塊が利用可能である必要性、およびため池とタービンの間の高差の必要性に関する問題を解決するために、水圧管路が水を、水面から深いところに配置されたタービンへと運ぶ、水中水力発電所を実現させることが考えられてきた。
【０００６】
海、大きな湖、または同類の大規模なため池の底に水力発電所を設置することにより、人工のため池を作る必要がなくなり、ほぼ無限の水源を工場に利用することが可能になる。
【０００７】
上記で説明した種類の水中水力発電所の例は、ＵＡ２３００２ＵおよびＩＴ１１１７２５７に例示されている。
しかし、用いられる大量の水塊が、水圧管路の入口ポートと同じ圧力、すなわち実質的に大気圧である水力発電所から、はるかに高圧の周囲環境へと移動させられなければならないので、このやり方で自然のため池の深いところに水力発電所を設置すると、タービンから流出する水の処理の問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主な目的は、タービンから流れる水塊を容易かつ効果的に処理することができる水力発電所の水中ユニットを提供することにより、上述の問題を解決することである。
本発明の別の目的は、従来の水力発電所に匹敵する電力を生み出すことができる水中水力発電所を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
入口区間と、前記入口区間に対して少なくとも１００ｍの深さ、好ましくは約１５０〜３００ｍの深さに設けられる出口区間とを備える、水圧管路が存在することにより、（１つまたは複数の）タービンを動作させるのに十分な速度で本発明によるユニットに水が入ることを保証する、「水頭」を設けることが可能になる。
【００１０】
好ましくは、前記水圧管路の前記入口区間は、ため池の水面付近に配置される。
さらに、発電用のタービンの下流に配置される、少なくとも１つの体積可変排出タンクが存在することにより、本発明による発電のためのユニットは、タービンを動作させるために用いられる水塊自体を周囲環境内に効果的に排出することを可能にする。
【００１１】
好ましい一実施形態では、本発明によるユニットの連続的な動作を保証することを可能にするように、交互に充填および排出される少なくとも２つの体積可変タンクを備える。
好ましくは、前記体積可変タンクは、拡張タンクである。
【００１２】
これに関して、体積可変排出タンクを備える水中水力発電所が、ＵＳ２００８／０１５９８５５に記載されていることに留意されたい。
しかし、この文書に記載の水力発電所は、明らかな欠点を有する。第１に、この水力発電所は、いかなる水圧管路も備えず、水用の入口ポートがタービンのすぐ上方に配置されるので、「水頭」が与えられないためタービンに入る水が高い速度をもたず、記載の発電所を動作させるために大量の低速の水が必要とされる。
【００１３】
第２に、この発電所は、排出タンクから水を排出するために、複雑な圧縮空気システムを用い、このシステムでは、ため池の水面レベルの下のより高い深さにて非常に高圧の空気を提供する必要があることに関連して、製造コストが大幅に増える。
【００１４】
最後に、発電所の入口ポートが深いところにあり、高圧下にあることにより、おそらく、タービン周囲を大気圧に保つための高価な加圧システムを設けることが必要となる。
有利には、本発明による水力発電所のためのユニットは、これらすべての欠点をもたない。
【００１５】
本発明による複数のユニットは、モジュール式水力発電所を作り出すために、互いに関連付けることができる。
こうして得られるモジュール式発電所は、単一ユニットの故障、誤動作、保守、および／または交換の場合も、本発明の連続的な動作を可能にする。
【００１６】
本発明の他の利点および特徴は、添付の図面を参照しながら非限定的な例として与えられる、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による水力発電所のためのユニットを示す概略図である。
【図２】図１のユニットのタービンを収容する空間を示す正面概略断面図である。
【図３】図２の空間を示す横方向概略断面図である。
【図４】図２の空間を示すＩＶ‐ＩＶに沿った断面図である。
【図５】本発明による水力発電所を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すると、本発明による水力発電所の水中ユニット１は、自然（海、湖など）または人工の、いかなる種類のため池内にも配置されるように設計される。前記水中ユニット１は一般に、
実質的にため池の表面に設けられる、発電に用いられる水のための入口ポート１００と、
ため池内の深いところに設けられる、発電に用いられる水がため池に戻ることを可能にするための出口ポート４００と、
前記入口ポートを前記出口ポートと連結させる管構成であって、入口区間２００ａおよび出口区間２００ｂを有する水圧管路２００を備え、前記水圧管路のこの出口区間２００ｂが、ため池内の深いところへ降下するよう、すなわち水に運動エネルギーを与えることを可能にする「水頭」をもたらすように、前記水圧管路２００の前記入口区間２００ａに対して１００ｍより深く、好ましくは１５０〜３００ｍ深いところにあり、前記水圧管路２００が、好ましくは水圧管路自体の内側のキャビテーションの問題を回避するように傾斜する管構成と、
１つまたは複数のタービンであって、好ましくは空間３００内に収容され、前記水圧管路に流入する水塊の運動エネルギーが前記タービンに伝達されるように、前記水圧管路２００の下流で、前記入口ポート１００と前記出口ポート４００との間に、前記管構成に沿って配置され、空間３００が、運動エネルギーを電力に変換するために前記タービンに関連付けられる交流発電機が同様に収容される、１つまたは複数のタービンとを備える。
【００１９】
その内部で、水圧管路から流れる水塊からタービンへと運動エネルギーが伝達され、引き続いて電力に変換される前記空間３００を、図２〜図４により詳細に示す。
空間３００は、その内側の圧力が、ユニット１の入口ポートにおける実質的に大気圧と等しい圧力と等しくなるように、外部環境に対して水密である。
【００２０】
空間３００は、１つまたは複数（図示の実施形態では６つ）のタービン３０１ａ〜３０１ｆを収容し、これらのタービンは、空間３００に入り分岐３０５に分かれる水圧管路自体の延長部３０３により、水圧管路２００から流れる水を遮断するようにして構成され、分岐３０５はそれぞれ、水から前記タービンのブレードへと運動エネルギーが伝達されるように、それぞれのタービン３０１ａ〜３０１ｆに連結される。
【００２１】
タービン３０１ａ〜３０１ｆは、好ましくは、高差が大きく水の流量がより少ない応用例における動作に特に適するペルトンタービンであるが、他の種類のタービンを用いることができる。
【００２２】
それぞれのタービン３０１ａ〜３０１ｆのシャフトは、前記タービンのブレードの運動エネルギーを電力に変換することを可能にする対応する交流発電機（図示せず）と、知られたやり方で連結させられる。
【００２３】
本発明によれば、タービン３０１ａ〜３０１ｆの動作のために用いられる水は、共通の通過チャンバ３０９内の、対応する出口チャネル３０７を通って運ばれる。前記共通チャンバは、ダクト３１１によって、少なくとも体積可変タンクと連結させられる。
【００２４】
具体的には、図示の実施形態では、２つの体積可変タンク３１３ａ、３１３ｂが設けられ、ダクト３１１は、それぞれが１つずつ対応する体積可変タンク３１３ａ、３１３ｂに連結させられる２つの分岐３１７ａ、３１７ｂに分けられ、三方向選択弁３１５は、通過チャンバ３０９から流れる水をタンク３１３ａ、３１３ｂの一方または他方に向かって選択的に向けることができるように、ダクト３１１の分岐点に設けられる。
【００２５】
他のいかなる種類の体積可変タンクを設けることができるとしても、前記体積可変タンク３１３ａ、３１３ｂは、好ましくは拡張タンクとして実現される。
図２および図３を特に参照すると、それぞれのタンク３１３ａ、３１３ｂは、可動壁３１９ａ、３１９ｂによって残りのタンクから分離させられる体積可変補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂを備える。
【００２６】
それぞれのタンクは、油圧駆動システムを備え、この油圧駆動システムは、それぞれの補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂの可動壁部３１９ａ、３１９ｂ上でそれをタンク自体の基部から離してまたはそれに近づけて動かすために動作する、１つまたは複数のシリンダを備える。
【００２７】
ダクト３１１のそれぞれの分岐３１７ａ、３１７ｂは、選択弁３１５がダクト３１１を分岐３１７ａ（３１７ｂ）と連通させるとき、水がタンク３１３ａ（３１３ｂ）の前記補償チャンバ３２１ａ（３２１ｂ）に入り体積を増大させるように、それぞれのタンクの補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂと連通する。
【００２８】
この充填段階では、油圧システムのシリンダは、可動壁部３１９ａ（３１９ｂ）をタンクの基部から離して動かし、補償チャンバの容量を増す。
タンク３１３ａ、３１３ｂの補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂはまた、たとえば逆止め弁など１つまたは複数の弁３２５ａ、３２５ｂによって、本発明によるユニット１の出口ポート４００と連結させられる。
【００２９】
こうして、タンクの補償チャンバが可能な最大拡張に到達すると、前記タンク内に収容された水を外に排出することができるように、タンクを出口ポート４００、およびそれにより周囲環境と連通させることができる。
【００３０】
この排出段階では、油圧システムのシリンダは、可動壁部をタンクの基部に近づけて動かし、補償チャンバの容量を減少させるように動作する。
明らかに、出口ポート４００と連通する弁３２５ａ、３２５ｂを開く前に、タンク３１３ａ、３１３ｂとダクト３１１の間の連通が、選択弁３１５を適切に動作させることにより中断される。
【００３１】
本発明によるユニット１の正しい動作を保証するには、体積可変タンクが１つのみで十分であることが明らかである。しかし、タンクが１つだけである場合、ユニット１の動作は、前記タンクが排出を必要とするたびに中断されるべきである。
【００３２】
一方、交互に充填および排出されるようにダクト３１１と交互に連通させられる２つのタンク３１３ａ、３１３ｂが存在することにより、本発明によるユニット１の連続的な動作が保証され、すなわち選択弁３１５がダクト３１１を第１のタンク３１３ａと連通させるときは、その補償チャンバ３２１ａを徐々に充填することができ、この段階では第２のタンク３１３ｂが弁３２５ｂを通じて出口ポート４００と連通し、排出させられ、第１のタンクの補償チャンバが最大に拡張するときは、選択弁３１５は、タンク３１３ｂの内部の水を移動させるためにダクト３１１を第２のタンク３１３ｂと連通させるように切り換えられ、第１のタンク３１３ａ内に収容される水を周囲環境内へと戻すために第１のタンク３１３ａの弁３２５ｂが開かれることが、当業者には明らかとなるであろう。
【００３３】
図４を参照すると、空間３００が、タービンおよびそれらの交流発電機を収容する空間に加えて、ユニット１の機械的および電気的機器の管理、制御、および保守機器を収容する別の空間３２７も備えることが示されている。
【００３４】
さらに、空間３００内には、保守のために空間３００に入るための通路３２９があり、明らかに、ユニット１の検査および保守を行うために、また、それが動作し深いところにあるとき、前記通路は端部にて水密隔壁３３１によって閉じられる。
【００３５】
６つのタービン３０１ａ〜３０１ｆが設けられる図示の好ましい実施形態では、ため池のレベルの約１５０メートル下に空間があると仮定すると、本発明によるユニット１により、ほぼ６０００ｋＷの電力供給を得ることが可能になる。
【００３６】
前記ユニットの機器の正しい動作、すなわちユニットのエネルギー自立に必要な電力の消費量は、発電される電力の５％未満であるおよそ２００〜３００ｋＷと推定することができるが、残りの９５％は、他の用途に利用可能である。
【００３７】
本発明によれば、従来の発電所に匹敵する電力を有する水力発電所を得るために、上記の種類の適当な数のユニットを、互いに関連付けることができる。
図５を参照すると、そのように建設される発電所２が概略的に示されている。
【００３８】
前記発電所２は、表面付近にため池の水のための供給導管６００を備え、前記導管は、水力発電所のユニットの入口ポート１００と連通するプレナム７００内へと終端する。前記ユニットの水圧管路２００は、前記プレナム７００から始まり、それらはそれぞれ、発電のためのタービンおよび交流発電機を収容する、対応する空間３００の内側で終端する。
【００３９】
有利には、様々なユニットの空間３００は、隣り合わせで、それぞれのユニットの内側に設けられた検査通路により相互に連通して構成される。
操作者が検査および保守動作のために、すべてのユニットの空間に表面から容易にアクセスすることができるように、表面５００にアクセスするための装置が、ユニットのうちの１つ（図示の例では特に中央ユニット）と連通して設けられる。
【００４０】
図示の例では、ユニットは、ほぼ９０°の弧に沿ってスポーク様のパターンで構成され、合計ほぼ１２０ＭＷの電力を発電するために２１個設けられる。
明らかに、ユニットの構成およびその数は、要求に従って変えることができる。
【００４１】
アクセスを容易にするため、および発電された電力を陸地へと送電させるためという明らかな理由により、発電所を沿岸付近（たとえば使用されていない港など）に配置することが好ましいが、それにより、隣り合わせで構成されるユニットによって形成される弧の範囲が、１８０°未満の角度に制限される。
【００４２】
しかし、沿岸から離して配置され、３６０°の弧全体を覆うのに十分な数のユニットを備え、それに対応して発電量が増大する、本発明による発電所を設けることも可能である。
【００４３】
本発明による水力発電所のユニット、および複数のそのようなユニットを並列することにより形成されるモジュール水力発電所は、巨大な自然のため池のほぼ無限の水源を用いることにより電力を得ること、ならびに、使用済みの水を容易、効率的、かつ経済的に前記ため池に戻すことを可能にするので、上記で説明した目的を達成することを可能にすることが上記説明から明らかである。
【００４４】
上記実施形態は、非限定的な例として提供されており、添付の特許請求の範囲により規定される保護の範囲から逸脱することなく、多くの変形形態が可能であることも明らかである。
【図１】
2013501182.tif 000003
【図２】
2013501182.tif 000004
【図３】
2013501182.tif 000005
【図４】
2013501182.tif 000006
【図５】
2013501182.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【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１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記水圧管路（２００）の前記入口区間が、前記ため池の水面付近に設けられる、請求項９に記載のユニット（１）。
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月21日(2012.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電所のためのユニットに関する。より詳細には、本発明は、水力発電所のための水中ユニットに関する。
本発明はまた、少なくとも１つのそのようなユニットを備える水中水力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所は、広く普及しており、発電のために用いられる。
これらの発電所は、流れる水塊を発電に用いる。水は、水の推力によって回転する１つまたは複数のタービン内へと運ばれ、それぞれのタービンは、回転運動を電力に変換する交流発電機に結合される。水によりタービンに与えられる速度は、少なくとも１００ｍ、好ましくは１５０〜３００ｍの「水頭」と呼ばれる高差によって生み出され、タービンが配置される高さにて動圧に変換される。
【０００３】
水力発電所の動作のための十分な貯水を有するために、一般に、ダムがある川の狭窄部の堰によって人工のため池が作り出され、このため池から水が水圧管路内で「水頭」によりタービンへと搬送され、そのブレードへと運動エネルギーを伝達する。
【０００４】
水力発電所は、火力または原子力発電所に対して明らかな利点を有することができるが、欠点がないわけではない。
第１に、ため池とタービンとの間の高差の要求があることにより、発電所を設置することが可能な場所の選択が制限される。第２に、人工のため池を作り出す必要があることは、発電所の建設費に大きな影響を及ぼす。第３に、川の狭窄部を遮断するダムにより、川の固体（砂および砂利）の海への移送が遮断され、その場合、固体堆積物が減少またはなくなることにより、海岸侵食の現象が生じる。最後に、水力発電用の大型のため池は、風景を変えること、野生生物の生息地の破壊、人口の移動、農業地帯の喪失などによる、周囲地域への強力または重大な環境および社会経済上の影響を有する。
【０００５】
大量の水塊が利用可能である必要性、およびため池とタービンの間の高差の必要性に関する問題を解決するために、水圧管路が水を、水面から深いところに配置されたタービンへと運ぶ、水中水力発電所を実現させることが考えられてきた。
【０００６】
海、大きな湖、または同類の大規模なため池の底に水力発電所を設置することにより、人工のため池を作る必要がなくなり、ほぼ無限の水源を工場に利用することが可能になる。
【０００７】
上記で説明した種類の水中水力発電所の例は、ＵＡ２３００２ＵおよびＩＴ１１１７２５７に例示されている。
しかし、用いられる大量の水塊が、水圧管路の入口ポートと同じ圧力、すなわち実質的に大気圧である水力発電所から、はるかに高圧の周囲環境へと移動させられなければならないので、このやり方で自然のため池の深いところに水力発電所を設置すると、タービンから流出する水の処理の問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主な目的は、タービンから流れる水塊を容易かつ効果的に処理することができ
る水力発電所の水中ユニットを提供することにより、上述の問題を解決することである。
本発明の別の目的は、従来の水力発電所に匹敵する電力を生み出すことができる水中水力発電所を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
入口区間と、前記入口区間に対して少なくとも１００ｍの深さ、好ましくは約１５０〜３００ｍの深さに設けられる出口区間とを備える、水圧管路が存在することにより、（１つまたは複数の）タービンを動作させるのに十分な速度で本発明によるユニットに水が入ることを保証する、「水頭」を設けることが可能になる。
【００１０】
好ましくは、前記水圧管路の前記入口区間は、ため池の水面付近に配置される。
さらに、発電用のタービンの下流に配置される、少なくとも１つの体積可変排出タンクが存在することにより、本発明による発電のためのユニットは、タービンを動作させるために用いられる水塊自体を周囲環境内に効果的に排出することを可能にする。
【００１１】
好ましい一実施形態では、本発明によるユニットの連続的な動作を保証することを可能にするように、交互に充填および排出される少なくとも２つの体積可変タンクを備える。
好ましくは、前記体積可変タンクは、拡張タンクである。
【００１２】
これに関して、体積可変排出タンクを備える水中水力発電所が、ＵＳ２００８／０１５９８５５に記載されていることに留意されたい。
しかし、この文書に記載の水力発電所は、明らかな欠点を有する。第１に、この水力発電所は、いかなる水圧管路も備えず、水用の入口ポートがタービンのすぐ上方に配置されるので、「水頭」が与えられないためタービンに入る水が高い速度をもたず、記載の発電所を動作させるために大量の低速の水が必要とされる。
【００１３】
第２に、この発電所は、排出タンクから水を排出するために、複雑な圧縮空気システムを用い、このシステムでは、ため池の水面レベルの下のより高い深さにて非常に高圧の空気を提供する必要があることに関連して、製造コストが大幅に増える。
【００１４】
最後に、発電所の入口ポートが深いところにあり、高圧下にあることにより、おそらく、タービン周囲を大気圧に保つための高価な加圧システムを設けることが必要となる。
有利には、本発明による水力発電所のためのユニットは、これらすべての欠点をもたない。
【００１５】
本発明による複数のユニットは、モジュール式水力発電所を作り出すために、互いに関連付けることができる。
こうして得られるモジュール式発電所は、単一ユニットの故障、誤動作、保守、および／または交換の場合も、本発明の連続的な動作を可能にする。
【００１６】
本発明の他の利点および特徴は、添付の図面を参照しながら非限定的な例として与えられる、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による水力発電所のためのユニットを示す概略図である。
【図２】図１のユニットのタービンを収容する空間を示す正面概略断面図である。
【図３】図２の空間を示す横方向概略断面図である。
【図４】図２の空間を示すＩＶ‐ＩＶに沿った断面図である。
【図５】本発明による水力発電所を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すると、本発明による水力発電所の水中ユニット１は、自然（海、湖など）または人工の、いかなる種類のため池内にも配置されるように設計される。前記水中ユニット１は一般に、
実質的にため池の表面に設けられる、発電に用いられる水のための入口ポート１００と、
ため池内の深いところに設けられる、発電に用いられる水がため池に戻ることを可能にするための出口ポート４００と、
前記入口ポートを前記出口ポートと連結させる管構成であって、入口区間２００ａおよび出口区間２００ｂを有する水圧管路２００を備え、前記水圧管路のこの出口区間２００ｂが、ため池内の深いところへ降下するよう、すなわち水に運動エネルギーを与えることを可能にする「水頭」をもたらすように、前記水圧管路２００の前記入口区間２００ａに対して１００ｍより深く、好ましくは１５０〜３００ｍ深いところにあり、前記水圧管路２００が、好ましくは水圧管路自体の内側のキャビテーションの問題を回避するように傾斜する管構成と、
１つまたは複数のタービンであって、好ましくは空間３００内に収容され、前記水圧管路に流入する水塊の運動エネルギーが前記タービンに伝達されるように、前記水圧管路２００の下流で、前記入口ポート１００と前記出口ポート４００との間に、前記管構成に沿って配置され、空間３００が、運動エネルギーを電力に変換するために前記タービンに関連付けられる交流発電機が同様に収容される、１つまたは複数のタービンとを備える。
【００１９】
その内部で、水圧管路から流れる水塊からタービンへと運動エネルギーが伝達され、引き続いて電力に変換される前記空間３００を、図２〜図４により詳細に示す。
空間３００は、その内側の圧力が、ユニット１の入口ポートにおける実質的に大気圧と等しい圧力と等しくなるように、外部環境に対して水密である。
【００２０】
空間３００は、１つまたは複数（図示の実施形態では６つ）のタービン３０１ａ〜３０１ｆを収容し、これらのタービンは、空間３００に入り分岐３０５に分かれる水圧管路自体の延長部３０３により、水圧管路２００から流れる水を遮断するようにして構成され、分岐３０５はそれぞれ、水から前記タービンのブレードへと運動エネルギーが伝達されるように、それぞれのタービン３０１ａ〜３０１ｆに連結される。
【００２１】
タービン３０１ａ〜３０１ｆは、好ましくは、高差が大きく水の流量がより少ない応用例における動作に特に適するペルトンタービンであるが、他の種類のタービンを用いることができる。
【００２２】
それぞれのタービン３０１ａ〜３０１ｆのシャフトは、前記タービンのブレードの運動エネルギーを電力に変換することを可能にする対応する交流発電機（図示せず）と、知られたやり方で連結させられる。
【００２３】
本発明によれば、タービン３０１ａ〜３０１ｆの動作のために用いられる水は、共通の通過チャンバ３０９内の、対応する出口チャネル３０７を通って運ばれる。前記共通チャンバは、ダクト３１１によって、少なくとも体積可変タンクと連結させられる。
【００２４】
具体的には、図示の実施形態では、２つの体積可変タンク３１３ａ、３１３ｂが設けられ、ダクト３１１は、それぞれが１つずつ対応する体積可変タンク３１３ａ、３１３ｂに連結させられる２つの分岐３１７ａ、３１７ｂに分けられ、三方向選択弁３１５は、通過チャンバ３０９から流れる水をタンク３１３ａ、３１３ｂの一方または他方に向かって選択的に向けることができるように、ダクト３１１の分岐点に設けられる。
【００２５】
他のいかなる種類の体積可変タンクを設けることができるとしても、前記体積可変タンク３１３ａ、３１３ｂは、好ましくは拡張タンクとして実現される。
図２および図３を特に参照すると、それぞれのタンク３１３ａ、３１３ｂは、可動壁３１９ａ、３１９ｂによって残りのタンクから分離させられる体積可変補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂを備える。
【００２６】
それぞれのタンクは、油圧駆動システムを備え、この油圧駆動システムは、それぞれの補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂの可動壁部３１９ａ、３１９ｂ上でそれをタンク自体の基部から離してまたはそれに近づけて動かすために動作する、１つまたは複数のシリンダを備える。
【００２７】
ダクト３１１のそれぞれの分岐３１７ａ、３１７ｂは、選択弁３１５がダクト３１１を分岐３１７ａ（３１７ｂ）と連通させるとき、水がタンク３１３ａ（３１３ｂ）の前記補償チャンバ３２１ａ（３２１ｂ）に入り体積を増大させるように、それぞれのタンクの補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂと連通する。
【００２８】
この充填段階では、油圧システムのシリンダは、可動壁部３１９ａ（３１９ｂ）をタンクの基部から離して動かし、補償チャンバの容量を増す。
タンク３１３ａ、３１３ｂの補償チャンバ３２１ａ、３２１ｂはまた、たとえば逆止め弁など１つまたは複数の弁３２５ａ、３２５ｂによって、本発明によるユニット１の出口ポート４００と連結させられる。
【００２９】
こうして、タンクの補償チャンバが可能な最大拡張に到達すると、前記タンク内に収容された水を外に排出することができるように、タンクを出口ポート４００、およびそれにより周囲環境と連通させることができる。
【００３０】
この排出段階では、油圧システムのシリンダは、可動壁部をタンクの基部に近づけて動かし、補償チャンバの容量を減少させるように動作する。
明らかに、出口ポート４００と連通する弁３２５ａ、３２５ｂを開く前に、タンク３１３ａ、３１３ｂとダクト３１１の間の連通が、選択弁３１５を適切に動作させることにより中断される。
【００３１】
本発明によるユニット１の正しい動作を保証するには、体積可変タンクが１つのみで十分であることが明らかである。しかし、タンクが１つだけである場合、ユニット１の動作は、前記タンクが排出を必要とするたびに中断されるべきである。
【００３２】
一方、交互に充填および排出されるようにダクト３１１と交互に連通させられる２つのタンク３１３ａ、３１３ｂが存在することにより、本発明によるユニット１の連続的な動作が保証され、すなわち選択弁３１５がダクト３１１を第１のタンク３１３ａと連通させるときは、その補償チャンバ３２１ａを徐々に充填することができ、この段階では第２のタンク３１３ｂが弁３２５ｂを通じて出口ポート４００と連通し、排出させられ、第１のタンクの補償チャンバが最大に拡張するときは、選択弁３１５は、タンク３１３ｂの内部の水を移動させるためにダクト３１１を第２のタンク３１３ｂと連通させるように切り換えられ、第１のタンク３１３ａ内に収容される水を周囲環境内へと戻すために第１のタンク３１３ａの弁３２５ｂが開かれることが、当業者には明らかとなるであろう。
【００３３】
図４を参照すると、空間３００が、タービンおよびそれらの交流発電機を収容する空間に加えて、ユニット１の機械的および電気的機器の管理、制御、および保守機器を収容する別の空間３２７も備えることが示されている。
【００３４】
さらに、空間３００内には、保守のために空間３００に入るための通路３２９があり、明らかに、ユニット１の検査および保守を行うために、また、それが動作し深いところにあるとき、前記通路は端部にて水密隔壁３３１によって閉じられる。
【００３５】
６つのタービン３０１ａ〜３０１ｆが設けられる図示の好ましい実施形態では、ため池のレベルの約１５０メートル下に空間があると仮定すると、本発明によるユニット１により、ほぼ６０００ｋＷの電力供給を得ることが可能になる。
【００３６】
本発明によれば、従来の発電所に匹敵する電力を有する水力発電所を得るために、上記の種類の適当な数のユニットを、互いに関連付けることができる。
図５を参照すると、そのように建設される発電所２が概略的に示されている。
【００３７】
前記発電所２は、表面付近にため池の水のための供給導管６００を備え、前記導管は、水力発電所のユニットの入口ポート１００と連通するプレナム７００内へと終端する。前記ユニットの水圧管路２００は、前記プレナム７００から始まり、それらはそれぞれ、発電のためのタービンおよび交流発電機を収容する、対応する空間３００の内側で終端する。
【００３８】
有利には、様々なユニットの空間３００は、隣り合わせで、それぞれのユニットの内側に設けられた検査通路により相互に連通して構成される。
操作者が検査および保守動作のために、すべてのユニットの空間に表面から容易にアクセスすることができるように、表面５００にアクセスするための装置が、ユニットのうちの１つ（図示の例では特に中央ユニット）と連通して設けられる。
【００３９】
図示の例では、ユニットは、ほぼ９０°の弧に沿ってスポーク様のパターンで構成され、合計ほぼ１２０ＭＷの電力を発電するために２１個設けられる。
明らかに、ユニットの構成およびその数は、要求に従って変えることができる。
【００４０】
アクセスを容易にするため、および発電された電力を陸地へと送電させるためという明らかな理由により、発電所を沿岸付近（たとえば使用されていない港など）に配置することが好ましいが、それにより、隣り合わせで構成されるユニットによって形成される弧の範囲が、１８０°未満の角度に制限される。
【００４１】
しかし、沿岸から離して配置され、３６０°の弧全体を覆うのに十分な数のユニットを備え、それに対応して発電量が増大する、本発明による発電所を設けることも可能である。
【００４２】
本発明による水力発電所のユニット、および複数のそのようなユニットを並列することにより形成されるモジュール水力発電所は、巨大な自然のため池のほぼ無限の水源を用いることにより電力を得ること、ならびに、使用済みの水を容易、効率的、かつ経済的に前記ため池に戻すことを可能にするので、上記で説明した目的を達成することを可能にすることが上記説明から明らかである。
【００４３】
上記実施形態は、非限定的な例として提供されており、添付の特許請求の範囲により規定される保護の範囲から逸脱することなく、多くの変形形態が可能であることも明らかである。
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ため池内で水中に配置するのに適した水力発電所（１）のためのユニットであって、
前記ため池の水を前記ユニットに供給するための入口ポート（１００）と、
前記入口ポートよりも深いところに設けられる、前記ため池の水を前記ユニットから排出するための出口ポート（４００）と、
前記入口ポートを前記出口ポートに連結する、水圧管路（２００）を備える管構成（２００、３０３、３０５、３１１、３１７ａ、３１７ｂ）と、
前記水圧管路の下流に前記管構成に沿って設けられ、そこを流れる水を中断するように構成され、それぞれ対応する交流発電機に関連付けられる１つまたは複数のタービン（３０１ａ〜３０１ｆ）とを備え、
前記水圧管路（２００）が、入口区間（２００ａ）および出口区間（２００ｂ）を備え、前記出口区間（２００ｂ）は、前記水圧管路を流れる水が対応する運動エネルギーを得るように、前記入口区間（２００ａ）に対して少なくとも１００メートルの深さにあること、および前記管構成において、前記タービン（３０１ａ〜３０１ｆ）と前記出口ポート（４００）との間に１つまたは複数の体積可変排出タンク（３１３ａ、３１３ｂ）が設けられ、
複数のタービン（３０１ａ〜３０１ｆ）が設けられ、前記管構成が、前記管構成をそれぞれの前記タービンと連結されるように前記水圧管路と前記タービンとの間に設けられる複数の分岐（３０５）を備え、
前記タービンそれぞれの下流に、前記管構成が水出口チャネル（３０７）を備え、前記出口チャネル（３０７）が、（１つまたは複数の）前記体積可変タンクに連結される共通の通過チャンバ（３０９）に連結されることを特徴とするユニット（１）。
【請求項２】
前記体積可変排出タンクが、体積可変補償チャンバ（３２１ａ、３２１ｂ）を備える拡張タンク（３１３ａ、３１３ｂ）である、請求項１に記載のユニット（１）。
【請求項３】
２つの前記体積可変排出タンク（３１３ａ、３１３ｂ）が設けられる、請求項１または２に記載のユニット（１）。
【請求項４】
前記管構成が、前記２つのタンクのうちの一方を前記管構成と選択的に連結させるために、前記タービンと前記体積可変排出タンクとの間に配置される選択弁（３１５）を備える、請求項３に記載のユニット（１）。
【請求項５】
前記１つまたは複数のタービンならびに対応する交流発電機が、水密空間（３００）内に収容される、請求項１から４のいずれかに記載のユニット（１）。
【請求項６】
前記空間（３００）が、前記空間自体に操作者が入るための通路（３２９）を備え、前記通路が、その端部に水密隔壁（３３１）を備える、請求項５に記載のユニット（１）。
【請求項７】
前記入口ポート（１００）が、前記ため池の水面付近に設けられる、請求項１から６のいずれかに記載のユニット（１）。
【請求項８】
前記水圧管路（２００）の前記入口区間が、前記ため池の水面付近に設けられる、請求項７に記載のユニット（１）。
【請求項９】
前記水圧管路の前記出口区間が、前記水圧管路の前記入口区間に対してほぼ１５０〜３００ｍの深さにある、請求項１に記載のユニット（１）。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の発電のための複数のユニット（１）を備えることを特徴とする、発電所（２）。
【国際調査報告】
2013501182.tif 000008
2013501182.tif 000009
2013501182.tif 000010