(57)【要約】【課題】重量エネルギーにより流入した力を、水力発電のダムのように液体を貯水し、貯水により貯められた液体圧力を水槽の低部より放出する放出圧力を高めることにより、外部へ放出する際に水力タービンを用いて電力に変換する。【解決手段】水上に浮遊させる浮遊本体２に、喫水線（浮遊本体２が浮かぶ時に水位が到達する位置）を基準に設けられた導入口４は、常に水槽（圧力タンク）３内を満水状態にし液体Ｗを浮遊本体２の重量比の分だけ供給すると共に排出分を供給する。液体Ｗは水槽（圧力タンク）３の低部に接続された水圧管８から流入し発電機６の水力タービン７を回転駆動し、排出管９から１２内のエアチャンバー１２へ流出する。エアチャンバー１２は、底面の水位を押さえるため内圧は通常気圧よりも高くなるが、水流と液体Ｗの質量等の条件下により、排出されるように構成した。【選択図】　　図１
2004052646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状水面の水上に浮遊させる浮遊本体（２）内に設けた水槽（圧力タンク）（３）と、
該水槽（圧力タンク）（３）の底部に開けた導入口（４）から、該水槽（圧力タンク）（３）内の上方へ向けると共に、水槽（圧力タンク）（３）の上端部より低い位置に上端開口部（５ａ）が配置されるように立設した導入内筒（５）と、
前記水槽（圧力タンク）（３）の下部に接続された水圧管（８）の出口に設けた、発電機（６）の水力タービン（７）と、
該水力タービン（７）の下流側の排出管（９）に設けた逆止弁（１０）と、を備え、
前記浮遊本体（２）の質量と引力により導入口（４）から液体（Ｗ）が流入する際に、前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が上方にあるときに、海水等の液体（Ｗ）を導入口（４）から導入内筒（５）を通して前記水槽（圧力タンク）（３）内に導入して貯水し、次に、前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が下方にあるときに、該水槽（圧力タンク）（３）内に貯水した液体（Ｗ）をその位置エネルギーを利用して前記水力タービン（７）を回転駆動するように構成した、ことを特徴とする沈水式発電装置。
【請求項２】
液状水面の水上に浮遊させる浮遊本体（２）内に設けた水槽（圧力タンク）（３）と、
該水槽（圧力タンク）（３）の底部に開けた導入口（４）から、該水槽（圧力タンク）（３）内の上方へ向けると共に、水槽（圧力タンク）（３）の上端部より低い位置に上端開口部（５ａ）が配置されるように立設した導入内筒（５）と、
前記導入内筒（５）内に設けた、発電機（６）の水力タービン（７）と、
前記水槽（圧力タンク）（３）の下流側の排出管（９）に設けた逆止弁（１０）と、を備え、
前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が上方にあるときに、液体（Ｗ）を導入口（４）から導入内筒（５）を通して前記水槽（圧力タンク）（３）内に導入する際に前記水力タービン（７）を回転駆動し、次に、前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が下方にあるときに、前記導入内筒（５）内の液体（Ｗ）を流下するときに前記水力タービン（７）を回転駆動するように構成した、ことを特徴とする沈水式発電装置。
【請求項３】
前記排出管（９）の先端にエアチャンバー（１２）を設けた、ことを特徴とする請求項１又は２の沈水式発電装置。
【請求項４】
前記浮遊本体（２）は船舶（１１）である、ことを特徴とする請求項１、２又は３の沈水式発電装置。
【請求項５】
前記浮遊本体（２）は前記水槽（圧力タンク）（３）の周囲に浮力を有する部材を設けたものである、ことを特徴とする請求項１、２又は３の沈水式発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、初回の流入力が確保でき、一定の条件下で気圧やある程度の深度が有れば、貯水ダムの様に強力な水圧をエネルギーに変え運動や電力に変換する沈水式発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水を利用する発電方法としては水力発電が知られている。現在その代表的なものは、図８に示すように、川に水をせき止める小さなダム５１を設け、その取水口５２から取り入れた水を水槽５３まで導き、そこから水圧鉄管５４を介して水の流れ落ちる力を利用して高速・高圧の水で水車５５を回転し、当該水車５５と連動する発電機５６で発電するというものである。
【０００３】
この水力発電は、エネルギー源が水であるため、火力発電や原子力発電のような有料エネルギーを使用しない点や大気を汚染しない点において優れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の水力発電方法は、水を高速・高圧で落下させるために、取水ダム５１の設置場所と水車５５の設置場所に相当の高度差を設けなければならないといった立地条件が制限されるという問題を有していた。更に、かかる立地条件を満たすための設置場所は自然環境を破壊する結果を招くことが多々あった。
【０００５】
本発明の発明者は、水は一滴だけでは仕事量にならないが、大量になるとその貯水された水の底部に重量圧力が発生し、一点に集中することにより強力なエネルギーが放出力になることに着目した。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、簡単な装置を用いることで、重量エネルギーにより流入した力を、水力発電のダムのように液体を貯水し、貯水により貯められた液体圧力を水槽（圧力タンク）の低部より放出する放出圧力を高めることにより、外部へ放出する際に水力タービンを用いて電力に変換することができる沈水式発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、液状水面の水上に浮遊させる浮遊本体（２）内に設けた水槽（圧力タンク）（３）と、該水槽（圧力タンク）（３）の底部に開けた導入口（４）から、該水槽（圧力タンク）（３）内の上方へ向けると共に、水槽（圧力タンク）（３）の上端部より低い位置に上端開口部（５ａ）が配置されるように立設した導入内筒（５）と、前記水槽（圧力タンク）（３）の下部に接続された水圧管（８）の出口に設けた、発電機（６）の水力タービン（７）と、該水力タービン（７）の下流側の排出管（９）に設けた逆止弁（１０）と、を備え、前記浮遊本体（２）の質量と引力により導入口（４）から液体（Ｗ）が流入する際に、前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が上方にあるときに、海水等の液体（Ｗ）を導入口（４）から導入内筒（５）を通して前記水槽（圧力タンク）（３）内に導入して貯水し、次に、前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が下方にあるときに、該水槽（圧力タンク）（３）内に貯水した液体（Ｗ）をその位置エネルギーを利用して前記水力タービン（７）を回転駆動するように構成した、ことを特徴とする沈水式発電装置が提供される。
【０００８】
前記排出管（９）の先端にエアチャンバー（１２）を設けることが好ましい。これにより、気体圧力を利用し、液体（Ｗ）の逆流を防止することができる。
【０００９】
大きなタンクが満水状態にあり、そこから噴射される強力な水圧は大体低部に開けられた孔から逆流しないまま放水される事となる。本件発明は注水浮力を伴ない喫水線から入水したエネルギーを蓄え効率良く放出し発電もしくは動力として活用したプラントに係るものである。
【００１０】
上記構成の発明では、水槽（圧力タンク）（３）の低部の一点に集中することにより、放出圧力は増大し、エアチャンバー（１２）の気体の内気圧（深さにより水深１０ｍで通常の１／２、水深２０ｍで１／３と圧縮され、水とは反転せず、潜水艦の低部ハッチのように保たれる。）により液体（Ｗ）の圧力が高く逆流しないまま外部に放出される。このとき、水槽（圧力タンク）（３）内の水圧はエアチャンバー（１２）内の空気より高い。このように、水槽（圧力タンク）（３）に流入された液体（Ｗ）が順序良く位置エネルギーの低い位置に導かれる。別言すると、浮遊本体（２）は一度沈没しかかった船舶のときの力を温存し、内部に流入する海水の流入力についてコンデンサのように水圧を高め、重力や気圧を克服するようになっている。
【００１１】
気体は液体より質量が低く、上部からの流入は自由落下運動により落下するように水槽（圧力タンク）（３）の底部又は低部に設けた水圧管（９）と満水にした水槽（圧力タンク）（３）との位置関係でなければならない。浮遊本体（２）は文字通りアルキメデスの原理により浮遊するものとする。水槽（圧力タンク）（３）の上端部（３ａ）は喫水線と同様の位置にあり、常に満水状態であり、充てん排出量に対し比例しながら注水する。そこで、液体（Ｗ）は重力と質量の軽い方向に進み少量ずつ排出され、円滑に水力タービン（７）を回転駆動して発電機（６）で発電する。
【００１２】
即ち、水槽（圧力タンク）（３）の底部に開けた導入口（４）から、水槽（圧力タンク）（３）内の上方へ向けた導入口（４）の上端開口部（５ａ）が配置されるように導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が上方にあるときに、液体（Ｗ）を導入口（４）から導入内筒（５）を通して水槽（圧力タンク）（３）内に導入して貯水することができる。浮遊本体（２）の質量と引力により、導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が下方になると、水槽（圧力タンク）（３）内に貯水した液体（Ｗ）をその位置エネルギーを利用して水力タービン（７）を回転駆動させて発電機（６）で発電する。
【００１３】
また、本発明は、液状水面の水上に浮遊させる浮遊本体（２）内に設けた水槽（圧力タンク）（３）と、該水槽（圧力タンク）（３）の底部に開けた導入口（４）から、該水槽（圧力タンク）（３）内の上方へ向けると共に、水槽（圧力タンク）（３）の上端部より低い位置に上端開口部（５ａ）が配置されるように立設した導入内筒（５）と、前記導入内筒（５）内に設けた、発電機（６）の水力タービン（７）と、前記水槽（圧力タンク）（３）の下流側の排出管（９）に設けた逆止弁（１０）と、を備え、前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が上方にあるときに、液体（Ｗ）を導入口（４）から導入内筒（５）を通して前記水槽（圧力タンク）（３）内に導入する際に前記水力タービン（７）を回転駆動し、次に、前記導入内筒（５）の上端開口部（５ａ）より喫水線が下方にあるときに、前記導入内筒（５）内の液体（Ｗ）を流下するときに前記水力タービン（７）を回転駆動するように構成することも可能である。
【００１４】
上記構成の発明では、水力タービン（７）を水槽（圧力タンク）（３）内に配置し、この水力タービン（７）を導入内筒（５）内で直に回転駆動するように構成したので、装置全体をコンパクトにすることができる。特に、導入内筒（５）内に水力タービン（７）を設けることにより、導入内筒（５）内に液体（Ｗ）が流入するときは勿論のこと、液体（Ｗ）が流出するときにも水力タービン（７）を回転駆動させて発電機（６）で発電することができる。
【００１５】
前記浮遊本体（２）が船舶（１１）のときは、この船舶（１１）の係留中又は停泊中であっても沈水式発電装置（１）により発電することが可能である。
【００１６】
前記浮遊本体（２）は前記水槽（圧力タンク）（３）の周囲に浮力を有する部材を設けたものでは、海上における安全ブイとこの沈水式発電装置（１）と一体化することにより、夜間における照明灯を点灯させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の沈水式発電装置の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は沈水式発電装置の第一の実施の形態を示す断面図である。図２は沈水式発電装置の動作状態を示す断面図であり、（ａ）は水槽（圧力タンク）内に水を導入している状態、（ｂ）は水槽（圧力タンク）内に水を貯水した状態、（ｃ）は水槽（圧力タンク）内の水を排出する状態である。図３は沈水式発電装置を船舶に組み込んだ状態を示す一部断面図である。
本発明の沈水式発電装置１は、液状水面の水上に浮遊させる浮遊本体２内に水槽（圧力タンク）３を設け、この水槽（圧力タンク）３の底部に開けた導入口４から、この水槽（圧力タンク）３内の上方へ向けると共に、水槽（圧力タンク）３の上端部３ａより低い位置に上端開口部５ａが配置されるように導入筒５を立設したものである。この導入筒５の上端開口部５ａが水槽（圧力タンク）３の上端部３ａより低い位置になるように配置したのは、水槽（圧力タンク）３内に水を効率良く貯水するためである。
【００１８】
水槽（圧力タンク）３の下部には、発電機６の水力タービン７を回転駆動する水圧管８を接続してある。水力タービン７は、水の位置エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置であり、図示するような羽根構造に限らず、翼構造の何れでもよい。水力タービン７の下流側の排出管９の途中には逆止弁１０を設けてある。この逆止弁１０は、浮遊している浮遊本体２では、排出管９の先端から海水等の液体Ｗが入り、逆流することを回避するためである。なお、ここで液体Ｗは海水に限らず、川、沼、湖、ダム等における淡水の他、オイル、水銀等の液状体も含むものである。
【００１９】
本発明の沈水式発電装置１を小型船舶１１に組み込むときは、浮遊本体２は船舶１１となる（図３参照）。この沈水式発電装置１を組み込んだ船舶１１は、浮遊本体２の質量と引力によりする。この船舶１１と共に水槽（圧力タンク）３内が上下動する際に、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態になる。即ち、導入内筒５の上端開口部５ａより喫水線が上方にあるときに、液体Ｗを導入口４から導入内筒５を通して水槽（圧力タンク）３内に導入して貯水する。
【００２０】
次に、図２（ｃ）に示すように、導入内筒５の上端開口部５ａより喫水線が下方にあるときに、この水槽（圧力タンク）３内に貯水した液体Ｗは、その位置エネルギーの作用により水圧管８から噴射する水を水力タービン７に供給して回転駆動し、発電機６で発電する。排出管９の先端には、エアチャンバー１２を設けている。
【００２１】
このように、沈水式発電装置１を組み込んだ船舶１１が浮遊本体２の質量と引力により、導入内筒５の上端開口部５ａより喫水線が上方にあるときに水槽（圧力タンク）３内への液体Ｗの導入貯水し、この上端開口部５ａより喫水線が下方になると、貯水した液体Ｗの位置エネルギーを利用して水力タービン７を回転駆動する動作を交互に繰り返すことにより発電機６で液体Ｗの位置エネルギーを電力に変換することができる。この浮遊本体２が船舶１１のときは、この船舶１１の係留中又は停泊中であっても沈水式発電装置により発電することが可能である。
【００２２】
図４は沈水式発電装置の導入内筒の他の実施の形態を示す断面図である。図５はこの沈水式発電装置を船舶に組み込んだ状態を示す一部断面図である。
なお、導入内筒５は水槽（圧力タンク）３の内部に直立した構造に限定されず、この導入内筒５を水平に配置する構造にすることも可能である。このような構造にすることより液体Ｗを水槽（圧力タンク）３内に貯水しやすい。
【００２３】
図６は沈水式発電装置の第二の実施の形態を示す断面図である。
第二の実施の形態では、第一の実施の形態のような、発電機６の水力タービン７を水槽（圧力タンク）３と別構造に配置したものとは異なり、水力タービン７を水槽（圧力タンク）３内に設けた。この第二の実施の形態では、水槽（圧力タンク）３の底部に開けた導入口４から、該水槽（圧力タンク）３内の上方へ向けると共に、水槽（圧力タンク）３の上端部より低い位置に上端開口部５ａが配置されるように立設した導入内筒５と、この導入内筒５内に水力タービン７を設けたものである。
【００２４】
この導入内筒５内の水力タービン７は、浮遊本体２（船舶１１）が浮遊本体２の質量と引力によりし、導入内筒５の上端開口部５ａより喫水線が上方にあるときに、水を導入口４から導入内筒５を通して導入する際に回転駆動する。逆に、導入内筒５から液体Ｗが流出するときにも水力タービン７を回転駆動することができる。この第二の実施の形態でも、水槽（圧力タンク）３の下流側の排出管９に逆止弁１０を設け、排出管９の先端から海水等の液体Ｗが逆流すること防止している。
【００２５】
第二の実施の形態の沈水式発電装置１は、水力タービン７を水槽（圧力タンク）３内に配置し、この水力タービン７を導入内筒５内で直に回転駆動するように構成したので、発電装置をコンパクトにすることができる。特に、導入内筒５内に水力タービン７を設けることにより、導入内筒５内に液体Ｗが流入するときは勿論のこと、液体Ｗが流出するときにも水力タービン７を回転駆動することができる。
【００２６】
本発明の沈水式発電装置１を構成する浮遊本体２は、船舶１１に限定されず、水槽（圧力タンク）３の周囲に浮力を有する部材を設けたものでもよい。例えば、海上における安全ブイとこの沈水式発電装置と一体化することにより、夜間における照明灯を自家発電的に点灯させることができる。
【００２７】
図７は沈水式発電装置の第三の実施の形態を示す断面図である。
更に、本発明の沈水式発電装置は、発電機６に代えて、浮遊本体２が浮遊本体２の質量と引力によりする際に、液体Ｗを導入口４から導入内筒５を通して水槽（圧力タンク）３内に導入して貯水し、導入内筒５の上端開口部５ａより喫水線が下方にあるときに、水槽（圧力タンク）３内に貯水した水をその位置エネルギーを利用して水圧管８から流出させる沈水装置として利用することも可能である。例えば、水圧管８から流出させる水に散水するように構成する。
【００２８】
このように構成した沈水装置では、河川や湖水に浮遊させて、水質浄化に利用することができる。即ち、水圧管８から流出させる液体Ｗを水面に散水することにより、水域内に酸素を強制的に供給すると共に水域内の淀みを改善することができる。
【００２９】
なお、本発明は上述した発明の実施の形態に限定されず、浮遊本体２が、浮遊本体２の質量と引力により水槽（圧力タンク）３内に貯水する構成であれば、図示したように水槽（圧力タンク）３の内部に導入内筒５を直立、又は水平にした構造に限定されず、その他種々の形状にすることができ、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明の沈水式発電装置は、浮遊本体が浮遊本体２の質量と引力によりする際に、導入内筒の上端開口部より喫水線が下方になると、水を導入口から導入内筒を通して水槽（圧力タンク）内に導入して貯水し、この水槽（圧力タンク）内に貯水した水をその位置エネルギーを利用して水力タービンを回転駆動させて容易に発電することができる。
【００３１】
また、水力タービンを水槽（圧力タンク）内に配置し、この水力タービンを導入内筒内で直に回転駆動するように構成したので、装置全体をコンパクトにすることができると共に、導入内筒内に水が流入するときと、水が流出するときにも水力タービンを回転駆動することができる。
【００３２】
更に、浮遊本体となる船舶の係留中又は停泊中であっても沈水式発電装置により発電することができ、かつエネルギー源が無尽蔵であるためにコストが低いので、環境に悪影響を及ぼすことがない、等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の沈水式発電装置の第一の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は沈水式発電装置の動作状態を示す断面図であり、（ａ）は水槽（圧力タンク）内に水を導入している状態、（ｂ）は水槽（圧力タンク）内に水を貯水した状態、（ｃ）は水槽（圧力タンク）内の水を排出する状態である
【図３】沈水式発電装置を船舶に組み込んだ状態を示す一部断面図である。
【図４】沈水式発電装置の導入内筒の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】沈水式発電装置を船舶に組み込んだ状態を示す一部断面図である。
【図６】沈水式発電装置の第二の実施の形態を示す断面図である。
【図７】沈水式発電装置の第三の実施の形態を示す断面図である。
【図８】従来の水力発電装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１　沈水式発電装置
２　浮遊本体
３　水槽（圧力タンク）
４　導入口
５　導入内筒
５ａ　上端開口部
８　水圧管
６　発電機
７　水力タービン
９　排出管
１０　逆止弁
１１　船舶
１２　エアチャンバー
Ｗ　液体
【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】
2004052646.tif 000008
【図７】
2004052646.tif 000009
【図８】
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