(57)【要約】【課題】水流を利用してエネルギーを安定して発生させ効率よく蓄積することが可能なエネルギー発生蓄積装置を提供する。【解決手段】水流路２Ａ，２Ｂに配置されたバケット４Ａ，４Ｂを接続する連結索６を定滑車８に掛ける。堰止部材１０Ａ，１０Ｂにより水流路の開放および閉鎖を交互に行う。連結索に先端部を接続したアーム１２Ａ，１２Ｂを基端部の周りで回動させて流体圧シリンダ１４Ａ，１４Ｂを作動させ、吐出流体を流体圧蓄積部１６に蓄積する。開放水流路のバケットは水流圧受止状態にて下流へと移動して水流圧逃し状態とされ、閉鎖水流路のバケットは水流圧逃し状態にて上流へと移動して水流圧受止状態とされる。バケットが下流に来た時に当該バケットの水流路が堰止部材１０Ａ，１０Ｂにより開放から閉鎖とされ、バケットが上流に来た時に当該バケットの水流路が堰止部材により閉鎖から開放とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの水流路にそれぞれ配置されたバケットを連結索で接続し、該連結索を定滑車に掛け、これにより、前記２つのバケットをそれぞれの水流路に沿って往復移動可能となし、
前記２つの水流路の上流部に、各水流路の開放および閉鎖を可能となす堰き止め部材を配置し、
前記連結索の前記定滑車に対する互いに反対の側にそれぞれアームの先端部を接続し、これら２つのアームの基端部をそれぞれ回動可能に支持し、前記２つのアームにそれぞれ流体圧シリンダを接続し、これら２つの流体圧シリンダから吐出される流体を受け入れる流体圧蓄積部を設けてなり、
開放状態の前記水流路のバケットは、水流圧受け止め状態にて上流位置から下流位置へと移動せしめられ、下流位置において水流圧逃がし状態とされ、
閉鎖状態の前記水流路のバケットは、水流圧逃がし状態にて下流位置から上流位置へと移動せしめられ、上流位置において水流圧受け止め状態とされ、
前記バケットが上流位置から下流位置に到来した時に当該バケットの水流路が前記堰き止め部材により開放状態から閉鎖状態とされ、
前記バケットが下流位置から上流位置に到来した時に当該バケットの水流路が前記堰き止め部材により閉鎖状態から開放状態とされ、
これにより、前記堰き止め部材により前記２つの水流路の開放および閉鎖を交互に行い、前記２つのアームをそれぞれ基端部の周りで回動させて前記２つの流体圧シリンダをそれぞれ作動させ、これらから吐出される流体を前記流体圧蓄積部に蓄積するようにしてなることを特徴とするエネルギー発生蓄積装置。
【請求項２】
前記堰き止め部材は、前記２つの水流路のそれぞれにつき設けられており、前記連結索に接続された迂回索が通されており、
該迂回索には、前記バケットが上流位置から下流位置に到来した時に、前記堰き止め部材を係止して該堰き止め部材を前記開放状態から閉鎖状態の方へと移動させる閉鎖係止部と、前記バケットが下流位置から上流位置に到来した時に、前記堰き止め部材を係止して該堰き止め部材を前記閉鎖状態から開放状態の方へと移動させる開放係止部とが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー発生蓄積装置。
【請求項３】
前記バケットは、起立および倒伏が可能で、起立時に水流圧を受け止め且つ倒伏時に水流圧を逃がす水流圧受け止め板を備えており、上流位置から下流位置に到来した時に起立状態から倒伏状態に変化し、下流位置から上流位置に到来した時に倒伏状態から起立状態に変化することを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか一項に記載のエネルギー発生蓄積装置。
【請求項４】
前記バケットの起立および倒伏は、前記水流路の上流位置および下流位置にそれぞれ設けられたガイド構造変化部と前記バケットとの係合に基づきなされることを特徴とする、請求項３に記載のエネルギー発生蓄積装置。
【請求項５】
前記バケットと連結索との接続は、接続位置が可変であり、前記バケットが上流位置から下流位置へと移動する際には該バケットを起立状態に維持し、前記バケットが下流位置から上流位置へと移動する際には該バケットを倒伏状態に維持することを特徴とする、請求項３乃至４のいずれか一項に記載のエネルギー発生蓄積装置。
【請求項６】
前記水流路は、上流位置から下流位置の方へと次第に低くなる傾きを有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエネルギー発生蓄積装置。
【請求項７】
前記水流路は、支持体により上下移動可能に支持されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエネルギー発生蓄積装置。
【請求項８】
前記水流路には浮体が付設されており、該水流路は釣り合い錘を用いて前記支持体に吊されていることを特徴とする、請求項７に記載のエネルギー発生蓄積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川などの水流を利用してエネルギーを発生させ蓄積する装置に関する。この装置により発生せしめられ蓄積されるエネルギーは、たとえば発電に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止のために二酸化炭素発生量を低減することが大きな技術的課題となっている。そのため、できるだけ燃焼を要しないエネルギー発生が要望されている。
【０００３】
その１つの手段として水力発電が挙げられる。水力発電は古くから実施されているが、最近では、大規模な水力発電以外の局所的電力需要を満たすための小型水力発電装置が提案されている。なかでも、水位の高低差を人為的に形成することなく、河川などの自然の水流を利用して水力発電を行う装置が、たとえば特許文献１〜６に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１３２６０７号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９１４５号公報
【特許文献３】特開２００２−８１３６２号公報
【特許文献４】特開２００３−１２９９３２号公報
【特許文献５】特開２００３−２８６９３５号公報
【特許文献６】特開２００６−２８３７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら特許文献に記載の装置は、基本的には大規模な水力発電と同一の原理を利用したものであり、すなわち水流により水車等を回転させ、該水車等に接続された発電機を作動させるものである。このため、発電により得られた電気エネルギーは、直ちに消費されるか又は蓄電池に蓄積される。
【０００５】
しかしながら、これらの装置では、直ちに消費するにしても常にそれに見合う需要があるとは限らないし、蓄電池に蓄積する場合にはエネルギーロスが大きくなる。このように、河川などの自然の水流を利用して発電を行う以上のような従来の小型水力発電装置は、総合的にみてエネルギー利用の効率が十分であるとはいえない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、水流を利用してエネルギーを安定して発生させ効率よく蓄積することが可能なエネルギー発生蓄積装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
２つの水流路にそれぞれ配置されたバケットを連結索で接続し、該連結索を定滑車に掛け、これにより、前記２つのバケットをそれぞれの水流路に沿って往復移動可能となし、
前記２つの水流路の上流部に、各水流路の開放および閉鎖を可能となす堰き止め部材を配置し、
前記連結索の前記定滑車に対する互いに反対の側にそれぞれアームの先端部を接続し、これら２つのアームの基端部をそれぞれ回動可能に支持し、前記２つのアームにそれぞれ流体圧シリンダを接続し、これら２つの流体圧シリンダから吐出される流体を受け入れる流体圧蓄積部を設けてなり、
開放状態の前記水流路のバケットは、水流圧受け止め状態にて上流位置から下流位置へと移動せしめられ、下流位置において水流圧逃がし状態とされ、
閉鎖状態の前記水流路のバケットは、水流圧逃がし状態にて下流位置から上流位置へと移動せしめられ、上流位置において水流圧受け止め状態とされ、
前記バケットが上流位置から下流位置に到来した時に当該バケットの水流路が前記堰き止め部材により開放状態から閉鎖状態とされ、
前記バケットが下流位置から上流位置に到来した時に当該バケットの水流路が前記堰き止め部材により閉鎖状態から開放状態とされ、
これにより、前記堰き止め部材により前記２つの水流路の開放および閉鎖を交互に行い、前記２つのアームをそれぞれ基端部の周りで回動させて前記２つの流体圧シリンダをそれぞれ作動させ、これらから吐出される流体を前記流体圧蓄積部に蓄積するようにしてなることを特徴とするエネルギー発生蓄積装置、
が提供される。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記堰き止め部材は、前記２つの水流路のそれぞれにつき設けられており、前記連結索に接続された迂回索が通されており、該迂回索には、前記バケットが上流位置から下流位置に到来した時に、前記堰き止め部材を係止して該堰き止め部材を前記開放状態から閉鎖状態の方へと移動させる閉鎖係止部と、前記バケットが下流位置から上流位置に到来した時に、前記堰き止め部材を係止して該堰き止め部材を前記閉鎖状態から開放状態の方へと移動させる開放係止部とが設けられている。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記バケットは、起立および倒伏が可能で、起立時に水流圧を受け止め且つ倒伏時に水流圧を逃がす水流圧受け止め板を備えており、上流位置から下流位置に到来した時に起立状態から倒伏状態に変化し、下流位置から上流位置に到来した時に倒伏状態から起立状態に変化する。本発明の一態様においては、前記バケットの起立および倒伏は、前記水流路の上流位置および下流位置にそれぞれ設けられたガイド構造変化部と前記バケットとの係合に基づきなされる。本発明の一態様においては、前記バケットと連結索との接続は、接続位置が可変であり、前記バケットが上流位置から下流位置へと移動する際には該バケットを起立状態に維持し、前記バケットが下流位置から上流位置へと移動する際には該バケットを倒伏状態に維持する。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記水流路は、上流位置から下流位置の方へと次第に低くなる傾きを有する。本発明の一態様においては、前記水流路は、支持体により上下移動可能に支持されている。本発明の一態様においては、前記水流路には浮体が付設されており、該水流路は釣り合い錘を用いて前記支持体に吊されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエネルギー発生蓄積装置によれば、河川などの水流を利用して流体圧エネルギーを安定して発生させ蓄積することができ、この蓄積エネルギーを随時利用することができるので、エネルギーを効率よく利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明によるエネルギー発生蓄積装置の一実施形態の全体構成を示す模式図である。
【００１４】
河川などの水流Ｗに沿って延在する第１水流路２Ａおよび第１水流路２Ｂが配置されている。水流路２Ａ，２Ｂは、鉄板等を用いて樋状に構成されている。これら２つの水流路２Ａ，２Ｂにそれぞれ第１バケット４Ａおよび第２バケット４Ｂが配置されている。これら２つのバケット４Ａ，４Ｂは、連結索６で接続されている。連結索６は、水流路２Ａ，２Ｂより上流側において大地に対して固定配置された定滑車８に巻き掛けられている。これにより、２つのバケット４Ａ，４Ｂは、それぞれの水流路２Ａ，２Ｂに沿って該水流路内で適宜の距離を往復移動可能とされている。連結索６を複数の定滑車に連続して巻き掛けてもよい。
【００１５】
２つの水流路２Ａ，２Ｂの上流部には、各水流路の開放および閉鎖を可能となす堰き止め部材１０Ａ，１０Ｂが配置されている。
【００１６】
連結索６の定滑車８に対する互いに反対の側にそれぞれ第１アーム１２Ａの先端部および第２アーム１２Ｂの先端部が接続されている。尚、図１では、図示の都合上、連結索６に対するアーム１２Ａ，１２Ｂの先端部の接続位置が水流路２Ａ，２Ｂ内にあるように示されているが、この接続位置を水流路２Ａ，２Ｂより上流側とすることができる。
【００１７】
２つのアーム１２Ａ，１２Ｂの基端部は、それぞれ大地に対して回動可能に支持されている。２つのアーム１２Ａ，１２Ｂには、それぞれ第１流体圧シリンダ１４Ａおよび第２流体圧シリンダ１４Ｂが接続されている。これら２つの流体圧シリンダ１４Ａ，１４Ｂから吐出される流体は、流体圧蓄積部１６により受け入れられる。
【００１８】
ここで、作動流体としては油が用いられる。流体圧蓄積部１６は、たとえば油圧ジャッキと同等な原理に基づくものであり、適度の圧力Ｐが印加されているピストンがタンク内の油量に応じてシリンダ内で移動する。
【００１９】
後述するように、堰き止め部材１０Ａ，１０Ｂにより２つの水流路２Ａ，２Ｂの開放および閉鎖を交互に行い、２つのアーム１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ基端部の周りで回動させて２つの流体圧シリンダ１４Ａ，１４Ｂをそれぞれ作動させ、これらから吐出される作動流体を流体圧蓄積部１６に蓄積する。
【００２０】
蓄積された流体は、随時、圧力Ｐの流体圧エネルギーとして取り出して利用することができる。流体圧蓄積部１６には、そのような利用形態の１つとして、流体圧モータＭを用いた発電機１８の駆動が例示されている。流体圧蓄積部１６に蓄積された圧力Ｐの流体は、所望により、直接、流体圧アクチュエータに供給することも可能である。流体圧系において、作動油タンク２０には常圧の作動油が貯留される。作動油タンク２０には流体圧モータＭから排出される作動油が入り、流体圧シリンダ１４Ａ，１４Ｂには、作動油タンク２０から作動油が供給される。
【００２１】
図２は本実施形態における水流路２Ａ，２Ｂ、バケット４Ａ，４Ｂおよび堰き止め部材１０Ａ，１０Ｂ等を示す模式的拡大平面図であり、図３は本実施形態の模式的部分側面図であり、図４はバケット４Ａの模式的拡大図である。
【００２２】
図２においては、バケット４Ａが水流路２Ａ内での往復移動範囲の上流位置にあり、バケット４Ｂが水流路２Ｂ内での往復移動範囲の下流位置にある状態が示されている。
【００２３】
図３に示されているように、水流路２Ａ（２Ｂも同様）は、水流路内での往復移動範囲の上流位置から下流位置の方へと次第に低くなる傾きを有する。この傾きの角度は、たとえば水平面に対して３〜１５度とすることができる。水流路２Ａ，２Ｂは、大地に対して固定された支持体２２により上下移動可能に支持されている。この支持は、たとえば、図３他に示されているように、水流路を構成する部材に浮体２４を付設し、支持体２２の水平軸に取り付けられたプーリ２６および釣り合い錘２８を用いて、吊すことで行うことができる。これにより、水面レベルが上下しても、水流路２Ａ，２Ｂを水面に対して常に一定の上下方向位置に維持することができ、一層安定した動作が可能である。その他の上下移動手段を用いてもよい。
【００２４】
図３および図４に示されているように、バケット４Ａ（４Ｂも同様）は、起立および倒伏が可能である。図４に示されているように、バケット４Ａは、起立時に水流圧を受け止め且つ倒伏時に水流圧を逃がす水流圧受け止め板５１と、これに対して実質上直角をなす穴あき板５２と、これら２つの板に対して実質上直角をなす２つの側板５３，５４とを備えている。側板５３，５４には、対応する１対の長孔５５，５６が形成されている。長孔５５，５６は、水流圧受け止め板５１に対してほぼ４５度の角度をなしている。これらの長孔５５，５６を通って棒体５７が配置されており、該棒体５７に連結索６が接続されている。バケット４Ａには走行用のローラ５８が付設されており、このローラ５８は水流路に設けられたガイド構造５９によりガイドされる。棒体５７は長孔５５，５６に沿って移動可能であり、かくして、バケット４Ａと連結索６との接続は、接続位置が可変とされている。
【００２５】
さて、本実施形態では、開放状態の水流路２Ａ，２Ｂのバケット４Ａ，４Ｂは、水流圧受け止め板５１により水流圧を受け止めた水流圧受け止め状態にて上流位置から下流位置へと移動せしめられ、下流位置において水流圧受け止め板５１による水流圧受け止めが解除された水流圧逃がし状態とされる。また、閉鎖状態の水流路２Ａ，２Ｂのバケット４Ａ，４Ｂは、水流圧逃がし状態にて下流位置から上流位置へと移動せしめられ、上流位置において水流圧受け止め状態とされる。
【００２６】
これは、次のようにしてなされる。すなわち、図５に示されているように、バケット４Ａ，４Ｂの起立および倒伏は、水流路の下流位置および上流位置にそれぞれ設けられたガイド構造変化部５９ｘ，５９ｙとバケットとの係合に基づきなされる。
【００２７】
図５（ａ）では、水流圧受け止め状態のバケット４Ａが、上流位置から下流位置へと移動せしめられて、下流位置において起立状態から倒伏状態に変化し、水流圧逃がし状態のバケット４Ａ’とされる様子が示されている。これは、ローラ５８がガイド構造変化部５９ｘで落ち込んだことで、穴あき板５２が水流路２Ａの底板により蹴り上げられるからである。これに伴い、棒体５７が長孔５５，５６内を反対端まで移動する。穴あき板５２は水流の抵抗が少ない。
【００２８】
一方、図５（ｂ）では、水流圧逃がし状態のバケット４Ａ’が、下流位置から上流位置へと移動せしめられて、上流位置において倒伏状態から起立状態に変化し、水流圧受け止め状態のバケット４Ａとされる様子が示されている。これは、ローラ５８がガイド構造変化部５９ｙで落ち込んだことで、水流圧受け止め板５１が水流路２Ａの底板により蹴り上げられるからである。これに伴い、棒体５７が長孔５５，５６内を反対端まで移動する。
【００２９】
以上のように、バケットと連結索６との接続位置を可変となすことで、バケット４Ａが上流位置から下流位置へと移動する際には該バケットを起立状態に維持し、バケット４Ａが下流位置から上流位置へと移動する際には該バケットを倒伏状態に維持することが可能である。バケット４Ａが倒伏状態の時には、該バケットに対する水流の抵抗は少ない。
【００３０】
また、本実施形態では、バケット４Ａ，４Ｂが上流位置から下流位置に到来した時に当該バケットの水流路２Ａ，２Ｂが堰き止め部材１０Ａ，１０Ｂにより開放状態から閉鎖状態とされる。また、バケット４Ａ，４Ｂが下流位置から上流位置に到来した時に当該バケットの水流路２Ａ，２Ｂが堰き止め部材１０Ａ，１０Ｂにより閉鎖状態から開放状態とされる。
【００３１】
これは、次のようにしてなされる。すなわち、図６（ａ）に示されているように、堰き止め部材１０Ａ（１０Ｂも同様）の小開口には、連結索６に両端を接続された迂回索７が通されている。迂回索７には、堰き止め部材１０Ａの両側に、それぞれ閉鎖係止部７１および開放係止部７２が取り付けられている。図６（ｂ）に示されているように、閉鎖係止部７１は、バケット４Ａが上流位置から下流位置に到来した時に、堰き止め部材１０Ａを係止して該堰き止め部材を開放状態（水流路開放状態に対応）から閉鎖状態（水流路閉鎖状態に対応）の方へと移動（たとえば回動）させる。一方、図６（ｃ）に示されているように、開放係止部７２は、バケット４Ａが下流位置から上流位置に到来した時に、堰き止め部材１０Ａを係止して該堰き止め部材を閉鎖状態から開放状態の方へと移動（たとえば回動）させる。
【００３２】
尚、堰き止め部材１０Ａ（１０Ｂについても同様）の開放・閉鎖の状態変化および上記バケット４Ａ（４Ｂについても同様）の起立・倒伏の状態変化のタイミングは、次のようにすることができる。すなわち、下流位置では、図５（ａ）の起立状態のバケット４Ａが倒伏状態のバケット４Ａ’に変化する前に、堰き止め部材１０Ａを開放状態から閉鎖状態へと変化させる。これにより、水流路２Ａが閉鎖されてバケット４Ａの水流圧受け止め板５１にかかる圧力が低減され、バケット４Ａの起立状態から倒伏状態への変化が容易になる。一方、上流位置では、図５（ｂ）の倒伏状態のバケット４Ａ’が起立状態のバケット４Ａに変化した後に、堰き止め部材１０Ａを閉鎖状態から開放状態へと変化させる。これにより、水流路２Ａが閉鎖されていてバケット４Ａの水流圧受け止め板５１にかかる圧力が低いうちにバケット４Ａの倒伏状態から起立状態への変化が行われるので、バケット４Ａの状態変化が容易になる。
【００３３】
水流路２Ａ（２Ｂも同様）が上流位置から下流位置の方へと次第に低くなる傾きを有することで、堰き止め部材１０Ａ（１０Ｂも同様）の位置では、下流位置より水深が浅くなる。従って、水面レベルを適宜設定することで、バケット４Ａを上流位置から下流位置へと移動せしめる際の下流位置に近づく時の水流圧受け止め状態の水流圧受け止め板５１にかかる水流圧を十分大きく維持しつつ、バケット４Ａが上流位置に到来した時に堰き止め部材１０Ａを閉鎖状態から開放状態の方へと移動させるに要する力を小さくすることができる。尚、バケット４Ａが下流位置に到来した時に堰き止め部材１０Ａを開放状態から閉鎖状態の方へと移動させるに要する力は小さくてよい。これは、堰き止め部材１０Ａが閉鎖状態の方へと移動するのを助ける水流圧が作用するからである。
【００３４】
以上のようにして、堰き止め部材１０Ａ，１０Ｂにより２つの水流路２Ａ，２Ｂの開放および閉鎖を交互に行い、２つのアーム１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ基端部の周りで回動させて２つの流体圧シリンダ１４Ａ，１４Ｂをそれぞれ作動させ、これらから吐出される作動流体を流体圧蓄積部１６に蓄積することができる。
【００３５】
以上のようなエネルギー発生蓄積装置を複数使用する場合には、１つの流体圧蓄積部１６を複数のエネルギー発生蓄積装置につき共用することができる。
【００３６】
以上の実施形態では、バケットの下流位置および上流位置での水流圧受け止め・水流圧逃がしの状態変化、並びに堰き止め部材による水流路の開放・閉鎖の状態変化のための構造または機構につき特定のものが示されているが、本発明においては、これらのための構造または機構は上記のものに限定されるものではない。
【００３７】
また、アームの回動面は、上記実施形態のものから変更することが可能である。そのためには、たとえば、連結索のアーム先端部との接続部を含む部分の走行面を、他の適宜の定滑車を用いて水流路の部分とは異なる面に変更すればよい。これにより、周囲環境に応じた設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるエネルギー発生蓄積装置の一実施形態の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態における水流路、および堰き止め部材等を示す模式的拡大平面図である。
【図３】本発明実施形態の模式的部分側面図である。
【図４】バケットの模式的拡大図である。
【図５】バケットの起立および倒伏の様子を示す模式図である。
【図６】堰き止め部材を開放状態と閉鎖状態との間で移動させる様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｗ  水流
２Ａ，２Ｂ  水流路
４Ａ，４Ｂ  バケット
６  連結索
８  定滑車
１０Ａ，１０Ｂ  堰き止め部材
１２Ａ，１２Ｂ  アーム
１４Ａ，１４Ｂ  流体圧シリンダ
１６  流体圧蓄積部
Ｐ  圧力
Ｍ  流体圧モータ
１８  発電機
２０  作動流体タンク
２２  支持体
２４  浮体
２６  プーリ
２８  釣り合い錘
５１  水流圧受け止め板
５２  穴あき板
５３，５４  側板
５５，５６  長孔
５７  棒体
５８  ローラ
５９  ガイド構造
５９ｘ，５９ｙ  ガイド構造変化部
７  迂回索
７１  閉鎖係止部
７２  開放係止部
【図１】
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【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】
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