(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなし、先端側から流入した流水を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伸びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に伸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後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部と、該コーン体拡径部から前記後端側まで外周面および内周面が漸次縮径するコーン体窄み部とを有し、
前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から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凹状に漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有する、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を備え、
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、ダクト流入開口部から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、
前記ダクト排出開口部が形成された前記流水増速ダクトの後端側の縁部が、前記ダクト排出開口部と前記水流コーン体との間から排出される流水の流れ方向が、前記水流コーン体の内部から排出される流水の流れに向かうように、前記流水増速ダクトの内側に向かって窄んでいることを特徴とする水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項２】
前記流水増速ダクトの後端側の縁部が、前記水流コーン体の外周面の最大外径部よりも前記水流コーン体の後端側に位置することを特徴とする請求項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記載の水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項４】
前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略多角形状であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって内部空間が狭くなるように構成されている請求項１または２記載の水流コーン体を用いた水中発電装置。
【請求項５】
筒状をなし、先端側から流入した流水を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伸びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に伸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前記水流コーン体の内部に流入する水を汲み上げる揚水機構とを備え、
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後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部と、該コーン体拡径部から前記後端側まで外周面および内周面が漸次縮径するコーン体窄み部とを有し、
前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から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凹状に漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有する、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を備え、
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、ダクト流入開口部から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、
前記ダクト排出開口部が形成された前記流水増速ダクトの後端側の縁部が、前記ダクト排出開口部と前記水流コーン体との間から排出される流水の流れ方向が、前記水流コーン体の内部から排出される流水の流れに向かうように、前記流水増速ダクトの内側に向かって窄んでいることを特徴とする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の後端側の縁部が、前記水流コーン体の外周面の最大外径部よりも前記水流コーン体の後端側に位置することを特徴とする請求項５記載の水流コーン体を用いた揚水装置。
【請求項７】
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５または６記載の水流コーン体を用いた揚水装置。
【請求項８】
前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略多角形状であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって内部空間が狭くなるように構成されている請求項５または６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および２には、水流コーン体および水流コーン体を備えた水中発電装置が開示されている。この水中発電装置に用いられる水流コーン体は、装置外部の河川等の水を先端側から吸引して後端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。
【０００３】
この水中発電装置は、水流コーン体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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３１３８３７３号
【特許文献２】特許第４９１６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した水流コーン体を、河川、海等の水中に設置する場合、安全で容易に作業ができることを優先して水流コーン体を設置する。この場合に、水流コーン体を設置する場所によっては、流水速度が低く、装置の性能を充分に発揮できない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明はかかる問題点に鑑みて、筒状をなし、先端側から流入した流水を後端側から排水するように構成された水流コーン体と、水流コーン体の内部に配置され、水流コーン体の軸方向に沿って伸びるテーパーバーと、テーパーバーから軸方向に伸びるように形成されたガイドベーンとを含む整流装置と、水流コーン体の内部に配置され、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を用いて、流水速度が低くても、より発電能力を向上させることが可能な水中発電装置の提供を目的とする。また、筒状をなし、先端側から流入した流水を後端側から排水するように構成された水流コーン体と、水流コーン体の内部に配置され、水流コーン体の軸方向に沿って伸びるテーパーバーと、テーパーバーから軸方向に伸びるように形成されたガイドベーンとを含む整流装置と、水流コーン体の内部に配置された羽根車と、羽根車の回転により水流コーン体の内部に流入する水を汲み上げる揚水機構とを備えた揚水装置を用いて、流水速度が低くても、より揚水能力を向上させることが可能な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】
本発明の水中発電装置は、筒状をなし、先端側から流入した流水を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伸びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に伸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後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部と、該コーン体拡径部から前記後端側まで外周面および内周面が漸次縮径するコーン体窄み部とを有し、前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から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凹状に漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有する、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を備え、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、ダクト流入開口部から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、前記ダクト排出開口部が形成された前記流水増速ダクトの後端側の縁部が、前記ダクト排出開口部と前記水流コーン体との間から排出される流水の流れ方向が、前記水流コーン体の内部から排出される流水の流れに向かうように、前記流水増速ダクトの内側に向かって窄んでいることを特徴とする。
【０００８】
また、前記流水増速ダクトの後端側の縁部が、前記水流コーン体の外周面の最大外径部よりも前記水流コーン体の後端側に位置することが好ましい。
【０００９】
また、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、前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略多角形状であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって内部空間が狭くなるように構成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の揚水装置は、筒状をなし、先端側から流入した流水を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伸びるテーパーバー、および、前記テーパーバーから軸方向に伸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前記水流コーン体の内部に流入する水を汲み上げる揚水機構とを備え、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後端側に向けてテーパー状に拡径するコーン体拡径部と、該コーン体拡径部から前記後端側まで外周面および内周面が漸次縮径するコーン体窄み部とを有し、前記テーパーバーは、外周面が前記先端側から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凹状に漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有する、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を備え、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、ダクト流入開口部から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、前記ダクト排出開口部が形成された前記流水増速ダクトの後端側の縁部が、前記ダクト排出開口部と前記水流コーン体との間から排出される流水の流れ方向が、前記水流コーン体の内部から排出される流水の流れに向かうように、前記流水増速ダクトの内側に向かって窄んでいることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の揚水装置は、前記流水増速ダクトの後端側の縁部が、前記水流コーン体の外周面の最大外径部よりも前記水流コーン体の後端側に位置することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の揚水装置は、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。
【００１４】
また、本発明の揚水装置は、前記流水増速ダクトが、軸方向に垂直な断面が略多角形状であり、前記流水増速ダクトの後端側に向かって内部空間が狭くなるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水中発電装置によれば、流水速度が低くても、より発電能力を向上させることが可能となる。また、本発明の揚水装置によれば、流水速度が低くても、より揚水能力を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】本発明の一実施形態の水中発電装置を、先端側から見た図である。
【図３】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４】本発明の一実施形態の揚水装置を、先端側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照し、本発明の水中発電装置および揚水装置を詳細に説明する。
【００１８】
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の軸方向に沿って伸びるテーパーバー２１と、テーパーバー２１から軸方向に伸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。水流発電装置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。
【００１９】
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。
【００２０】
この水流コーン体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側に向かって伸び、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と、このコーン体拡径部１ｄの後端ＤＳ側に設けられ、外周面および内周面が漸次縮径するコーン体窄み部１ｅとを有する。コーン体窄み部１ｅは、本実施形態では、コーン体拡径部１ｄから後端側開口部１ｂまで外側に凸状の滑らかな円弧状（曲線状）に形成されている。なお、水流コーン体１の材質は、内部を流れる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、例えば、樹脂や金属などで成形することができる。
【００２１】
また、本実施形態では、水流コーン体１の後端ＤＳ側の後端側開口部１ｂにおける環状の開口部（後端側開口部１ｂからテーパーバー窄み先端部２１ｄを除いた部分）の面積を、水流コーン体１の最大外径部１ｆにおける内周面と、テーパーバー２１の最大外径部２１ａにおける外周面とで形成される環状の流路のうちガイドベーン２２を除いた部分の面積以上の面積としている。これにより、水流コーン体１の内部に吸引された流水（吸引水）Ｆ２を、水流コーン体１の後端ＤＳ側の内部で停滞させることなく、水流コーン体１の後端側開口部１ｂから放出できるので、水力エネルギーを利用効率の向上に貢献する。なお、本実施形態では、整流装置２のテーパーバー２１への水中発電機３の取り付けをネジ取り付けにより行ったが、特に限定されるものではなく、例えば、溶接などによっても可能である。また、本実施形態では、整流装置２と水中発電機３を別体としたが、一体にすることも可能である。
【００２２】
整流装置２は、図１に示すように、軸方向に沿って伸びるテーパーバー２１と、テーパーバー２１の軸方向に伸びるように形成され、かつ、テーパーバー２１に周方向で等間隔に配置された複数の（たとえば周方向で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凹状に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となり、水流コーン体１の最大外径部１ｆ（コーン体拡径部１ｄとコーン体窄み部１ｅとの軸方向での境界部分）と軸方向で対応する位置に配置されている。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。
【００２３】
なお、本実施形態では、水流コーン体１では、コーン体拡径部１ｄの軸方向長さをコーン体窄み部１ｅの長さの２〜４倍、たとえば約３倍の長さとし、整流装置２では、テーパーバー拡径部２１ｂの長さをテーパーバー窄み部２１ｃの長さの２〜３倍、たとえば約２．５倍としている。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、水流コーン体１のコーン体拡径部１ｄやコーン体窄み部１ｅの長さ、整流装置２の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。
【００２４】
整流装置２の水流コーン体１内部への固定は、水流コーン体１の後端ＤＳ側の後端側開口部１ｂから整流装置２を、整流装置２に取り付けられた水中発電機３の羽根車３１を先頭にして押し込んでいくことにより行う。そのため、ガイドベーン２２は、軸方向で水流コーン体１の内周面に密着するように流水Ｆ２用通路の幅に応じて成形されており、先端ＵＳ側から後端ＤＳ側に向けて径方向寸法が大きくなっている。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、例えば、樹脂や金属などで成形することが可能である。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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の速度を増速するように構成されている。
【００２７】
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ており、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。
【００２８】
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および図２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Ｆ１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、後述する他の実施形態に示されるように、断面を略矩形状等、多角形状としても構わない。
【００２９】
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の軸方向に伸びるように形成され、かつ、水流コーン体１に周方向で９０°間隔に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。
【００３０】
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。詳細は後述するが、この構成により、流水増速ダクト４の内周面と水流コーン体１の外周面との間を通る流水Ｆ１が、後端ＤＳ側に向かって縮流作用を受けながら増速されて、流水Ｆ１が低圧状態でダクト排出開口部４ｂから排出される。一方、水流コーン体１とテーパーバー２１との間を通る流水Ｆ２は、後端ＤＳ側の後端側開口部１ｂから排出されるときに高圧状態で排出され、この水流コーン体１とテーパーバー２１との間を通る高圧状態の流水Ｆ２は、流水増速ダクト４と水流コーン体１との間を通る低圧の流水Ｆ１に誘引されて流水Ｆ１と合流する。これにより、流水Ｆ１による流水Ｆ２の誘引作用により、発電用に羽根車３１を回転させるために利用される流水Ｆ２が増速され、河川等の水の流速が低い場合であっても、効率良く発電をすることができる。
【００３１】
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、テーパーバー２１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およびテーパーバー２１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。
【００３２】
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の先端ＵＳ側に配置されている。これにより、流水増速ダクト４のダクト流入開口部４ａから入った流水Ｆを、流水増速ダクト４の内側の空間で、水流コーン体１の先端側開口部１ａに導くことができるため、水の流れが不安定な状況においても、安定して発電を行うことができる。なお、流水増速ダクト４のダクト流入開口部４ａの位置は、水流コーン体１の先端側開口部１ａの軸方向位置と一致するようにしてもよいし、後端側としてもよい。
【００３３】
また、流水増速ダクト４の後端ＤＳ側の縁部４３は、水流コーン体１の外周面の最大外径部１ｆと軸方向で同じ位置か、または後端ＤＳ側に位置することが好ましい。この場合、流水増速ダクト４内を通る流水Ｆ１が、テーパーバー拡径部２１ｂの軸方向長さの全てにわたって、水流コーン体１の最大外径部１ｆまで縮流され、上述した誘引作用を得られやすくなる。なお、本実施形態では、図１に示されるように、流水増速ダクト４の後端ＤＳ側の縁部４３（ダクト排出開口部４ｂ）が、軸方向で水流コーン体１の最大外径部１ｆと一致する位置となるように設けられている。
【００３４】
また、本実施形態では、図１に示されるように、ダクト排出開口部４ｂが形成された流水増速ダクト４の後端ＤＳ側の縁部４３が、ダクト排出開口部４ｂと水流コーン体１との間から排出される流水Ｆ１の流れ方向が、水流コーン体１の内部から排出される流水Ｆ２の流れに向かうように、流水増速ダクト４の内側に向かって窄んでいる。流水増速ダクト４の後端ＤＳ側の縁部４３は、流水増速ダクト４の軸心方向に向かって（径方向内側に）湾曲している。この湾曲した縁部４３は、流水増速ダクト４と水流コーン体１との間を通ってダクト排出開口部４ｂから排出される流水Ｆ１を、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の方向へと方向づける。したがって、方向づけられた低圧の流水Ｆ１が高圧の流水Ｆ２側と合流することを促進することができ、流水Ｆ２の増速効果をより高めることができる。
【００３５】
以下、本実施形態の水中発電装置Ｇの作用効果について、水中発電装置Ｇを河川内に設置する場合を例にあげて詳細に説明する。なお、以下の説明はあくまで例示であり、本発明を限定するものではない。
【００３６】
水中発電装置Ｇを、たとえば河川内に沈めて、ロープＲ等により係留し、河川内の所定の位置に配置する。水中発電装置Ｇは、流水増速ダクト４のダクト流入開口部４ａおよび水流コーン体１の先端側開口部１ａが河川の水の流れの上流側となるように配置する。
【００３７】
河川の水の流れにより、流水増速ダクト４のダクト流入開口部４ａから流入した流水Ｆは、水流コーン体１内に流入する流水Ｆ２と、流水増速ダクト４と水流コーン体１との間を流れる流水Ｆ１とに分岐される。水流コーン体１内に流入する流水Ｆ２は、水流コーン体１の最大外径部１ｆに達して屈曲する際、周知である流線曲率の定理によって、高圧水流となる（図中矢印Ｈ１で示す）。また、流水Ｆ２において、テーパーバー２１の最大外径部２１ａ側を流れる流水Ｆ２は、テーパーバー２１の最大外径部２１ａに達して屈曲する際、周知である流線曲率の定理によって、高圧水流となる（図中矢印Ｈ２で示す）。この矢印Ｈ２で示す高圧水流は、矢印Ｈ１で示した高圧水流（水流コーン体１の内周面に沿って流れる流水）と合流する。
【００３８】
一方、流水増速ダクト４と水流コーン体１との間を流れる流水Ｆ１は、流水増速ダクト４の後端ＤＳ側に向けて縮径するテーパー状の部位と、水流コーン体１のテーパーバー拡径部２１ｂにより、後端ＤＳ側に向かって縮流作用をおこしつつ増速し、低圧状態でダクト排出開口部４ｂから排出される。また、流水増速ダクト４の縁部４３は流水増速ダクト４の内側（径方向内側）に向かって窄んでいるため、流水Ｆ１は、水流コーン体１のコーン体窄み部１ｅに沿って流れ、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に向かう。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は、水流コーン体１のコーン体拡径部１ｄとテーパーバー拡径部２１ｂとの間を通って高圧化され、コーン体窄み部１ｅとテーパーバー窄み部２１ｃとの間を通って、さらに高圧化される。この高圧化された流水Ｆ２は、低圧状態で排出された流水Ｆ１により吸引されて、合流する。この吸引作用により、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、流水増速ダクト４が無い場合と比較して、水流コーン体１内を通過する流水Ｆ２の速度が上昇し、羽根車３１がより多く回転し、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。
【００３９】
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３および図４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。なお、本実施形態では、図４に示されるように、流水増速ダクト４は、流水増速ダクト４の軸心に対して垂直な断面が略矩形状に形成されているが、断面が円形や他の形状であっても構わない。
【００４０】
図３および図４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。
【００４１】
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導入開口部１ｇからなされる。導入開口部１ｇが形成された筒部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１ｈが設けられ、羽根車３１と揚水用羽根車６２との間に配置されている。この導入開口部１ｇから流水Ｆが導入されると、ガイド部材１ｈの湾曲した側面に沿って流水Ｆ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Ｆ２は、上述したように高圧状態であり、流水増速ダクト４から排出される流水Ｆ１は、上述したように低圧状態であり、高圧化された流水Ｆ２は、低圧状態で排出された流水Ｆ１により吸引されて、合流する。この吸引作用により、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、流水増速ダクト４が無い場合と比較して、水流コーン体１内を通過する流水Ｆ２の速度が上昇し、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。
【００４２】
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】
【００４３】
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  コーン体窄み部
１ｆ  水流コーン体の最大外径部
１ｇ  導入開口部
１ｈ  ガイド部材
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
２１ｄ  テーパーバー窄み先端部
２２  ガイドベーン
３  水中発電機
３１  羽根車
３２  送電コード
４  流水増速ダクト
４１  脚部
４２  ロープ接続部
４３  縁部
４ａ  ダクト流入開口部
４ｂ  ダクト排出開口部
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
ＤＳ  後端
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２  流水
Ｇ  水中発電装置
Ｐ  揚水装置
Ｒ  ロープ
ＵＳ  先端
【要約】
【課題】流水速度が低くても、より発電能力を向上させることが可能な水中発電機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およびガイドベーン２２を含む整流装置２と、水中発電機３とを備え、水流コーン体１の径方向外側に、筒状の流水増速ダクト４を備え、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、流水増速ダクト４の縁部４３が、ダクト排出開口部４ｂと水流コーン体１との間から排出される流水Ｆ１の流れ方向が、水流コーン体１の内部から排出される流水Ｆ２の流れに向かうように、流水増速ダクト４の内側に向かって窄んでいることを特徴とする。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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