(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潮汐エネルギを利用して発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電方法において、
大潮の際の満潮時の海面よりも高い位置に設置された貯水槽と、海面に浮かべられて潮の干満に伴って上下するフロートと、設定された下限位置と前記貯水槽よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持されたバケットと、前記フロートの変位を拡大して前記バケットに伝達することにより、前記バケットを前記上限位置に向けて上昇させる変位拡大伝達機構とを設けておいて、
上げ潮時の前記フロートの上昇に伴って前記バケットを下降させて、満潮時までに前記バケットの少なくとも一部を海中に沈めて前記バケット内に海水を収容する過程と、下げ潮時の前記フロートの下降に伴って前記バケットを上昇させて前記バケットが干潮時の最高到達位置に達したときにバケット内の海水を前記貯水槽に移行させる過程とを行うことにより前記貯水槽内に海水を貯留し、
必要時に前記貯水槽内の海水を落下させて水車発電機を駆動することにより発電を行わせること、
を特徴とする潮汐エネルギ利用水力発電方法。
【請求項２】
潮汐エネルギを利用して発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電方法において、
潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートと、内部に海水を収容し得るように構成されて下限位置と大潮の際に生じる前記フロートの最大変位量のｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離だけ前記下限位置よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持された１以上のバケットと、下げ潮時に各バケットを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるべくいずれかのフロートの下げ潮時の変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達する変位拡大伝達機構と、大潮の際の満潮時の海面の位置よりも高い位置で、かつ各バケットが小潮の際の干潮時の最高到達位置にある時に各バケット内から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置に設置された貯水槽と、前記貯水槽よりも低い位置に設置されて前記貯水槽内から放出される海水により駆動されて発電する水車発電機とを設けて、
各バケットが下限位置に向けて下降していく過程で小潮の際の満潮時の最低到達位置に達するまでの間に、各バケット内に規定量の海水を収容した状態にすることができるように各バケットの下限位置を設定しておき、
前記フロートの質量は、変位を伝達すべきバケットの、内部に海水を最大限収容した状態での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定しておき、
上げ潮時に前記バケットを前記下限位置に向けて下降させて前記バケット内に海水を収容する過程と、
下げ潮時の前記フロートの変位を各バケットに伝達して内部に海水が収容された各バケットを前記下限位置側から上限位置に向けて上昇させるバケット上昇過程と、
各バケットが小潮の際の最高到達位置から前記上限位置までの間の区間にあるときに各バケット内の海水を前記貯水槽内に移行させる海水移行過程と、
発電の要求があるときに前記貯水槽内の海水を放出させて前記水車発電機を駆動することにより発電を行わせる過程と、
を行うことを特徴とする潮汐エネルギ利用水力発電方法。
【請求項３】
潮汐エネルギを利用して発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電装置において、
大潮の際の満潮時の海面よりも高い位置に設置された貯水槽と、
海面に浮かべられて潮の干満に伴って上下するフロートと、
設定された下限位置と前記貯水槽よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持されたバケットと、
前記フロートの変位を拡大して前記バケットに伝達することにより、前記バケットを前記上限位置まで上昇させる変位拡大伝達機構と、
前記貯水槽よりも低い位置に設置された水車発電機と、
前記貯水槽内の海水を前記水車発電機に向けて流す水圧管路と、
前記水圧管路を通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置と、
を具備し、
上げ潮時の前記フロートの上昇に伴って前記バケットを下降させる過程で満潮時までに前記バケットの少なくとも一部が海中に沈められて前記バケット内に海水が収容され、下げ潮時の前記フロートの下降に伴って前記バケットを上昇させる過程で前記バケット内の海水を前記貯水槽に移行させ得るように構成されていること、
を特徴とする潮汐エネルギ利用水力発電装置。
【請求項４】
潮汐エネルギを利用して発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電装置において、
潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートと、
逆止弁を有する取水口を下部に有するとともに、開閉可能なゲートにより閉じられる排水口を側壁部に有し、前記排水口がゲートにより閉じられている間前記取水口から取り入れた海水を内部に収容した状態を保持するように構成されて、設定された下限位置と大潮の際に生じる前記フロートの最大変位量のｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離だけ前記下限位置よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持された１以上のバケットと、
下げ潮時に各バケットを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるべく、潮位の変化に伴って生じるいずれかのフロートの変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達し、上げ潮時にはフロートの変位に伴って各バケットが上限位置から下限位置まで下降するのを許容するように構成された変位拡大伝達機構と、
各バケットが少なくとも小潮の際の上げ潮時の最低到達位置よりも高く、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置よりも低い位置にある間各バケットの排水口を閉じた状態に保持し、各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置と前記上限位置との間の区間にあるときに各バケットの排水口を開いた状態にするように各バケットのゲートを操作するゲート操作機構と、
大潮の際の満潮時の海面の位置よりも高い位置で、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置にある時に各バケットの排水口から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置に設置された貯水槽と、
前記貯水槽よりも低い位置に設置された水車発電機と、
前記貯水槽内の海水を前記水車発電機に向けて流す水圧管路と、
前記水圧管路を通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置とを具備し、
各バケットが小潮の際の満潮時に最低到達位置に達したときに各バケットの取水口から各バケット内に流入した海水の水面が各バケット内における水面の規定レベルに達するように各バケットの下限位置が設定され、
前記フロートの質量は、変位を伝達すべきバケットの、内部に海水を最大限収容した状態での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定されていること、
を特徴とする潮汐エネルギ利用水力発電装置。
【請求項５】
潮汐エネルギを利用して発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電装置において、
潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートと、
開閉可能なゲートにより閉じられる吸排口を側壁部に有して、前記吸排口がゲートにより閉じられている間内部に海水を収容した状態を保持するように構成されて、設定された下限位置と大潮の際に生じる前記フロートの最大変位量のｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離だけ前記下限位置よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持された１以上のバケットと、
下げ潮時に各バケットを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるべく、潮位の変化に伴って生じるいずれかのフロートの変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達し、上げ潮時にはフロートの変位に伴って各バケットが上限位置から下限位置まで下降するのを許容するように構成された変位拡大伝達機構と、
各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置と前記下限位置との間にあるときに前記吸排口を開き、各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置よりも高く、かつ小潮の際の下げ潮時の最高到達位置よりも低い位置にある間各バケットの吸排口を閉じた状態に保持し、各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置と前記上限位置との間の区間にあるときに各バケットの吸排口を開いた状態にするように各バケットのゲートを操作するゲート操作機構と、
大潮の際の満潮時の海面の位置よりも高い位置で、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置にある時に各バケットの吸排口から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置に設置された貯水槽と、
前記貯水槽よりも低い位置に設置された水車発電機と、
前記貯水槽内の海水を前記水車発電機に向けて流す水圧管路と、
前記水圧管路を通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置とを具備し、
各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置に達したときに各バケットの吸排口から各バケット内に流入する海水の水面が各バケット内における水面の規定レベルに達するように各バケットの下限位置が設定され、
前記フロートの質量は、変位を伝達すべきバケットの、内部に海水を最大限収容した状態での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定されていること、
を特徴とする潮汐エネルギ利用水力発電装置。
【請求項６】
大潮の際の満潮時のフロートの上端位置よりも高い位置に、海底に対して固定されたプラットホームが設置され、
前記変位拡大伝達機構は、
前記プラットホーム上に回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸に取り付けられた上部スプロケットホイールと、前記プラットホームの下方に配置されたベースフレームに回転自在に支持された下部スプロケットホイールと、前記上部スプロケットホイールと下部スプロケットホイールとに掛け渡されて前記上部スプロケットホイールと下部スプロケットホイールとの間を上下に延びる２つの部分の一方が前記フロートに結合されたチェーンと、
前記回転軸に取り付けられたウィンチと、
前記ウィンチの上方で、かつ前記バケットの上限位置よりも高い位置に設置されたプーリと、
一端が前記ウィンチに固定されて前記ウィンチに巻き取られたり前記ウィンチから巻き戻されたりするワイヤロープと、
を各バケットに対して複数備え、
前記ウィンチから巻き戻されたワイヤロープは、前記ウィンチの上方のプーリに引っ掛けられて、該プーリから垂れ下がったワイヤーロープの他端が前記バケットに連結されることにより、前記バケットが前記ワイヤロープにより吊り下げられた状態にされ、
前記フロートが上昇する際に前記バケットが下降し、前記フロートが下降する際に前記バケットが上昇するように前記ウィンチへのワイヤローブの巻方向が設定され、
前記ウィンチの外径は前記上部スプロケットホイールの有効径のｎ倍以上に設定されていること、
を特徴とする請求項３，４または５に記載の潮汐エネルギ利用水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潮の干満の差を利用して水力発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力需要が多いときにのみ発電を行う発電所として、揚水発電所が運用されている。揚水発電所においては、電力に余剰がある夜間に、高所に設けられた貯水池に揚水することにより水を蓄えておき、電力需要のピーク時に貯水池内の水を放流させることにより水車発電機を駆動して発電を行わせるようにしている。従来の揚水発電所においては、揚水を行うためのエネルギ源として電力を用いていたため、夜間の電力余剰量が十分でない場合に、貯水池に十分な量の水を蓄えることができず、その本来の目的を達成できないという問題があった。
【０００３】
また夜間の電力の余剰量は、気候に左右され、予測通りにならないことがあるため、従来の揚水発電所では、電力の需給計画を的確に立てることが難しいという問題があった。
【０００４】
更に従来の揚水発電所では、揚水用のポンプを駆動するために、化石燃料を利用して発電した電力を使用していたため、炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量の削減を図ることが急務とされている最近の情勢にはそぐわないという問題があった。
【０００５】
炭酸ガスの削減を図るためには、自然エネルギを有効に活用することが好ましい。自然エネルギを利用とした発電設備としては、太陽熱を利用した発電設備や、風力を利用した発電設備が運用され、潮汐エネルギを利用した発電設備も検討されている。これらの発電設備の内、太陽熱を利用した発電設備は、晴天時にしか発電を行うことができず、風力を利用した発電設備では、一定以上の風速で風が吹いているときにしか発電を行うことができないため、電力需要のピーク時に電力供給量をアシストする発電設備としては、信頼性に乏しい。
【０００６】
これに対し、潮汐現象は、約半日の周期で毎日２回起こり、しかも潮の干満の差は予測することができるため、潮汐エネルギを利用して相当量の発電を行うことができれば、電力の需給計画に組み入れることができる信頼性が高い発電設備を得ることができ、電力系統の安定な運用に大きな貢献をすることが期待される。
【０００７】
潮汐エネルギを利用した発電設備としては、フランスのランス潮汐発電所に見られるように、河口を堰き止めることにより大規模なダムを建設して、満潮時にダム内に海水を流入させ、干潮時にダム内の水を放出させて水車を駆動することにより、発電を行わせるようにしたものがある。このような発電設備によれば、大電力を得ることができ、信頼性が高い電力供給を行うことができる。しかし、河口を堰き止めてダムを建設すると、自然環境に悪影響が及ぶため、自然環境の保全の必要性が重視されるようになっている現状では、この種の発電設備を建設することが困難になっている。
【０００８】
自然環境に悪影響を及ぼすおそれがない潮汐エネルギ利用水力発電設備としては、例えば特許文献１に示されているように、海面の上下に追従して上下するフロートの変位でピストンを駆動して得た圧縮空気をアキュミュレータに蓄積して、このアキュミュレータ内の圧縮空気でエアタービンを駆動することにより発電機を駆動するようにしたものが提案されている。
【０００９】
また特許文献２に示されているように、海面の上下に追従して上下するフロートの変位を変位変換機構を介して変換して得た回転変位を増速して発電機に伝達することにより発電を行わせるようにしたものも提案されている。
【特許文献１】特開昭６１−７０１７３号公報
【特許文献２】特開平２−３０１６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
潮の干満により生じる潮位の変化量は、場所により異なるが、通常は１ないし数メートルであり、海面の上下に追従して上下するフロートを設けた場合、その最大変位量は僅かである。また潮位は最大レベルと最低レベルとの間を長い時間をかけて変化するため、海面の上下に追従するフロートの単位時間当たりの変位量はごく僅かである。従って、特許文献１に示されたように、海面の上下に追従して上下するフロートの変位でエアシリンダを駆動しても、アキュミュレータに空気圧を十分に蓄えることは困難であり、多くの電力を効率よく得ることは困難である。またフロートの単位時間当たりの変位量は僅かであるため、特許文献２に示されているように、フロートの変位そのものを回転変位に変換して、変換された回転変位を増速して発電機に伝える方法では、多くの電力を効率よく得ることは期待できない。
【００１１】
更にフロートは波浪の影響を受けて細かく上下動するため、フロートの変位そのものを回転変位に変換して発電機に伝達するようにした場合には、発電機を安定に駆動することが難しい。
【００１２】
また、フロートの変位そのものを回転変位に変換して発電機に伝達する方式によった場合には、潮汐エネルギを蓄積することができないため、必要なときに発電機を駆動して電力を得ることができない。
【００１３】
本発明の目的は、河口を堰き止めることなく、潮汐エネルギを利用して水力発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電方法及びこの方法を実施する水力発電装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、潮汐エネルギを位置エネルギに変換して蓄積しておいて、必要なときに信頼性が高い電力供給を行うことができるようにした潮汐エネルギ利用水力発電方法及びこの方法を実施する水力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、潮汐エネルギを利用して発電を行う潮汐エネルギ利用水力発電方法に係わるものである。
本発明においては、大潮の際の満潮時の海面よりも高い位置に設置された貯水槽と、海面に浮かべられて潮の干満に伴って上下するフロートと、設定された下限位置と貯水槽よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持されたバケットと、フロートの変位を拡大してバケットに伝達することにより、バケットを上限位置に向けて上昇させる変位拡大伝達機構とを設けておいて、上げ潮時のフロートの上昇に伴ってバケットを下降させて、満潮時までにバケットの少なくとも一部を海中に沈めてバケット内に海水を収容する過程と、下げ潮時のフロートの下降に伴ってバケットを上昇させてバケットが干潮時の最高到達位置に達したときにバケット内の海水を前記貯水槽に移行させる過程とを行うことにより貯水槽内に海水を貯留し、必要時に貯水槽内の海水を落下させて水車発電機を駆動することにより発電を行わせる。
【００１６】
上記の方法によれば、化石燃料を燃して得た電力を消費することなく、無限のエネルギともいえる潮汐エネルギを利用して揚水を行って発電を行うことができるため、炭酸ガスの排出量を削減するという要請に応えることができる。
【００１７】
また毎日決まって起こる潮汐現象を利用することにより揚水を行って、揚水した水を電力需要のピーク時等の必要時に放出して発電を行わせることができるため、電力の供給時期及び電力の供給量に正確な予測性を持たせて、信頼性が高い電力供給を行うことができる。
【００１８】
更に上記の方法によれば、貯水槽を海上に設置することができるため、河口を堰き止めたり、住宅環境を害したりすることなく、発電所を建設することができ、住民との無用なトラブルを生じさせることなく発電所を建設することができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様においては、潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートと、内部に海水を収容し得るように構成されて下限位置と大潮の際に生じる前記フロートの最大変位量のｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離だけ前記下限位置よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持された１以上のバケットと、下げ潮時に各バケットを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるべくいずれかのフロートの下げ潮時の変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達する変位拡大伝達機構と、大潮の際の満潮時の海面の位置よりも高い位置で、かつ各バケットが小潮の際の干潮時（潮が最も引いたとき）の最高到達位置にある時に各バケット内から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置に設置された貯水槽と、貯水槽よりも低い位置に設置されて貯水槽内から放出される海水により駆動されて発電する水車発電機とを設けて、各バケットが下限位置に向けて下降していく過程で小潮の際の満潮時（潮が最も満ちたとき）の最低到達位置に達するまでの間に、各バケット内に規定量の海水を収容した状態にすることができるように各バケットの下限位置を設定しておく。またフロートの質量は、変位を伝達すべきバケットの、内部に海水を最大限収容した状態での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定しておく。そして、上げ潮時に前記バケットを前記下限位置に向けて下降させて前記バケット内に海水を収容する過程と、下げ潮時のフロートの変位を各バケットに伝達して内部に海水が収容された各バケットを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるバケット上昇過程と、各バケットが小潮の際の最高到達位置から上限位置までの間の区間にあるときに各バケット内の海水を貯水槽内に移行させる海水移行過程と、発電の要求があるときに貯水槽内の海水を放出させて前記水車発電機を駆動することにより発電を行わせる過程とを行う。
【００２０】
上記の発電方法を実施する潮汐エネルギ利用水力発電装置は、大潮の際の満潮時の海面よりも高い位置に設置された貯水槽と、海面に浮かべられて潮の干満に伴って上下するフロートと、設定された下限位置と前記貯水槽よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持されたバケットと、フロートの変位を拡大してバケットに伝達することにより、バケットを上限位置まで上昇させる変位拡大伝達機構と、貯水槽よりも低い位置に設置された水車発電機と、貯水槽内の海水を水車発電機に向けて流す水圧管路と、水圧管路を通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置とを備えて、上げ潮時のフロートの上昇に伴ってバケットを下降させる過程で満潮時までにバケットの少なくとも一部が海中に沈められてバケット内に海水が収容され、下げ潮時のフロートの下降に伴ってバケットを上昇させる過程でバケット内の海水を貯水槽に移行させ得るように構成される。
【００２１】
本発明の好ましい態様では、潮汐エネルギ利用水力発電装置が、潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートと、逆止弁を有する取水口を下部に有するとともに、開閉可能なゲートにより閉じられる排水口を側壁部に有し、排水口がゲートにより閉じられている間取水口から取り入れた海水を内部に収容した状態を保持するように構成されて、設定された下限位置と大潮の際に生じる前記フロートの最大変位量のｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離だけ前記下限位置よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持された１以上のバケットと、下げ潮時に各バケットを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるべく、潮位の変化に伴って生じるいずれかのフロートの変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達し、上げ潮時にはフロートの変位に伴って各バケットが上限位置から下限位置まで下降するのを許容するように構成された変位拡大伝達機構と、各バケットが少なくとも小潮の際の上げ潮時の最低到達位置よりも高く、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置よりも低い位置にある間各バケットの排水口を閉じた状態に保持し、各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置と前記上限位置との間の区間にあるときに各バケットの排水口を開いた状態にするように各バケットのゲートを操作するゲート操作機構と、大潮の際の満潮時の海面の位置よりも高い位置で、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置にある時に各バケットの排水口から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置に設置された貯水槽と、貯水槽よりも低い位置に設置された水車発電機と、貯水槽内の海水を水車発電機に向けて流す水圧管路と、水圧管路を通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置とを備えていて、各バケットが小潮の際の満潮時に最低到達位置に達したときに各バケットの取水口から各バケット内に流入した海水の水面が各バケット内における水面の規定レベルに達するように各バケットの下限位置が設定される。またフロートの質量は、変位を伝達すべきバケットの、内部に海水を最大限収容した状態での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定される。
【００２２】
上記の構成では、バケットが下部に取水口を有しているが、取水口を廃して、取水と排水との双方を行う吸排口をバケットの側壁部に設けるようにしても良い。
即ち、本発明の発電方法を実施する潮汐エネルギ利用水力発電装置は、潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートと、開閉可能なゲートにより閉じられる吸排口を側壁部に有して、吸排口がゲートにより閉じられている間内部に海水を収容した状態を保持するように構成されて、設定された下限位置と大潮の際に生じる前記フロートの最大変位量のｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離だけ前記下限位置よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持された１以上のバケットと、下げ潮時に各バケットを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるべく、潮位の変化に伴って生じるいずれかのフロートの変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達し、上げ潮時にはフロートの変位に伴って各バケットが上限位置から下限位置まで下降するのを許容するように構成された変位拡大伝達機構と、各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置と前記下限位置との間にあるときに前記吸排口を開き、各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置よりも高く、かつ小潮の際の下げ潮時の最高到達位置よりも低い位置にある間各バケットの吸排口を閉じた状態に保持し、各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置と前記上限位置との間の区間にあるときに各バケットの吸排口を開いた状態にするように各バケットのゲートを操作するゲート操作機構と、大潮の際の満潮時の海面の位置よりも高い位置で、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置にある時に各バケットの吸排口から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置に設置された貯水槽と、貯水槽よりも低い位置に設置された水車発電機と、貯水槽内の海水を前記水車発電機に向けて流す水圧管路と、水圧管路を通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置とを備えた構成とすることもできる。
【００２３】
この場合も、各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置に達したときに各バケットの吸排口から各バケット内に流入する海水の水面が各バケット内における水面の規定レベルに達するように各バケットの下限位置が設定され、フロートの質量は、変位を伝達すべきバケットの、内部に海水を最大限収容した状態での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定される。
【００２４】
上記のように、取水と排水との双方を行う吸排口をバケットの下部に設けるようにした場合には、バケットを上限位置に向けて上昇させる過程で、海水が漏れるのを防ぐために密閉しておく箇所を吸排口のみとすることができるため、バケットを上限位置に向けて上昇させる過程で、バケット内に海水を収容した状態を保持することを容易にすることができる。
【００２５】
本発明の好ましい態様では、大潮の際の満潮時のフロートの上端位置よりも高い位置に海底に対して固定されたプラットホームが設置され、変位拡大伝達機構が、プラットホーム上に回転自在に支持された回転軸と、回転軸に取り付けられた上部スプロケットホイールと、プラットホームの下方に配置されたベースフレームに回転自在に支持された下部スプロケットホイールと、上部スプロケットホイールと下部スプロケットホイールとに掛け渡されて上部スプロケットホイールと下部スプロケットホイールとの間を上下に延びる２つの部分の一方がフロートに結合されたチェーンと、回転軸に取り付けられたウィンチと、ウィンチの上方で、かつバケットの上限位置よりも高い位置に設置されたプーリと、一端がウィンチに固定されてウィンチに巻き取られたりウィンチから巻き戻されたりするワイヤロープとを各バケットに対して複数備えた構成を有する。
【００２６】
この場合、ウィンチから巻き戻されたワイヤロープが、ウィンチの上方のプーリに引っ掛けられて、該プーリから垂れ下がったワイヤーロープの他端がバケットに連結されることにより、バケットがワイヤロープにより吊り下げられた状態にされる。そして、フロートが上昇する際にバケットが下降し、フロートが下降する際にバケットが上昇するようにウィンチへのワイヤローブの巻方向が設定され、ウィンチの外径が、上部スプロケットホイールの有効径のｎ倍以上に設定される。
【００２７】
なお本発明においては、基本的には、フロートの変位をｎ倍に拡大してバケットに伝達すれば良いが、バケットの各部を同じ高さまで上昇させるのではなく、最終的にバケットの排水口が設けられた一端寄りの部分よりも他端寄りの部分をより高い位置まで上昇させることによりバケットを傾斜させて、バケットから貯水槽内への排水を円滑に行わせることが好ましい場合もある。この場合は、バケットの一端側の部分の上昇量をフロートの変位量のｎ倍とし、他端側の部分の上昇量をフロートの変位量のｎ倍よりも大きくする必要があるので、本明細書では、フロートの変位をｎ倍以上に拡大してバケットに伝達するとしている。
【００２８】
本発明においては、発電し得る電力量を多くするために、上記貯水槽をできるだけ高い位置に設置することが好ましく、貯水槽に蓄える海水の量をできるだけ多くすることが好ましい。そのためには、フロートとして、質量が大きいものを必要とするが、質量が大きいフロートは、造船技術を用いることにより容易に建造することができる。
【発明の効果】
【００２９】
上記のように、本発明によれば、化石燃料を燃して得た電力を消費することなく、無限のエネルギともいえる潮汐エネルギを利用して海水を貯水槽に揚水して、該貯水槽内の海水を水車発電機に供給することにより発電を行うため、炭酸ガスの排出量を削減する要請に応えることができる。
【００３０】
また本発明においては、毎日決まって起こる潮汐現象を利用することにより揚水を行って、揚水した水を電力需要のピーク時等の必要時に放出して発電を行わせることができるため、電力の供給時期及び電力の供給量に正確な予測性を持たせて、信頼性が高い電力供給を行うことができる。
【００３１】
更に本発明によれば、貯水槽を海上に設置することができるため、河口を堰き止めたり、住宅環境を害したりすることなく、発電所を建設することができ、住民との無用なトラブルを生じさせることなく発電所を建設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明に係わる潮汐エネルギ利用水力発電方法においては、図１に示したように、潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートＦと、内部に海水を収容し得るように構成されて設定された下限位置Ｐ1と大潮の際に生じるフロートＦの変位量Δｙのｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離Ｈだけ下限位置Ｐ1よりも高い位置に設定された上限位置Ｐ2との間を変位し得るように支持された１以上のバケットＢと、下げ潮時に各バケットを下限位置Ｐ1側から上限位置Ｐ2に向けて上昇させるべくいずれかのフロートの変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達する変位拡大伝達機構（図１には図示せず。）と、大潮の際の満潮時の海面の位置Ｓ1よりも高い位置で、かつ各バケットＢが小潮の際の干潮時の最高到達位置（小潮の際に到達し得る最高高さ位置）Ｐ2′にある時に各バケットＢ内から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置Ｑ1に設置された貯水槽ＷＴと、貯水槽ＷＴよりも低い位置Ｑ2に設置されて貯水槽ＷＴ内から水圧管路ＷＰを通して供給される海水により駆動されて発電する水車発電機ＷＧとを設けておく。必要なときにのみ発電を行わせることを可能にするため、水圧管路ＷＰを通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置Ｖを設けておく。貯水槽ＷＴの設置位置（貯水槽の底面の高さ位置）Ｑ1は、該貯水槽の上端を、小潮の際の干潮時の最高到達位置Ｐ2′にあるバケットＢの排水口よりも低い位置に位置させ、且つ貯水槽の底部と水車発電機ＷＧとの間に発電に必要な落差Δｈを得ることができるような位置に設定する。
【００３３】
本発明においては、上げ潮時のフロートＦの上昇に伴ってバケットＢを下降させて、満潮時までにバケットＢの少なくとも一部を海中に沈めてバケットＢ内に海水を収容する過程と、下げ潮時のフロートＦの下降に伴ってバケットＢを上昇させてバケットが干潮時の最高到達位置Ｐ2′に達したときにバケット内の海水を貯水槽ＷＴに移行させる過程とを行うことにより前記貯水槽内に海水を貯留し、必要時に貯水槽内の海水を落下させて水車発電機を駆動することにより発電を行わせる。バケットＢから貯水槽ＷＴへの海水の移行は、バケットから直接貯水槽内に排水することにより行わせてもよく、貯水槽に至る取水溝を設けて、バケットＢから該取水溝に排水することにより行わせても良い。
【００３４】
貯水槽ＷＴの設置位置Ｑ1は、該貯水槽の深さと、バケットの小潮の際の最高到達位置Ｐ2′と、バケットの排水口の位置と、発電に必要な落差Δｈとに応じて適宜に設定される。当然のことながら、バケットＢの小潮の際の干潮時の最高到達位置Ｐ2′は、バケットの排水口が貯水槽の上端位置（取水溝が設けられる場合には取水溝の上端位置）以上の高さになる位置である。即ち、バケットが小潮の際の干潮時の最高到達位置Ｐ2′に達したときに、バケットの排水口が貯水槽の上端の位置（または取水溝の上端位置）以上の高さに達しているように、バケットＢの小潮の際の干潮時の最高到達位置Ｐ2′を設定する。
【００３５】
バケットの下限位置Ｐ1は大潮の際の満潮時のバケットの位置である。小潮の際の満潮時（最も潮が満ちたとき）のバケットの位置（小潮の際の上げ潮時の最低到達位置）は、下限位置Ｐ1よりも高い位置Ｐ1′となる。上限位置Ｐ2は大潮の際の干潮時（最も潮が引いたとき）のバケットの位置であり、小潮の際の満潮時のバケットの位置（小潮の際の下げ潮時の最高到達位置）は、上限位置Ｐ2よりも低い位置Ｐ2′となる。
【００３６】
図１に示した例においては、バケットＢが１つだけ設けられていて、小潮の際の上げ潮時の最低到達位置Ｐ1′にあるバケットが実線で示され、小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ2′にあるバケットＢが鎖線で示されている。
【００３７】
また図１に示した例では、フロートＦも１つだけ設けられていて、満潮時の海面に浮いているフロートＦが実線で示され、干潮時の海面に浮いているフロートＦが鎖線で示されている。
【００３８】
バケットＢは、逆止弁Ｂｖを有する取水口Ｂａを底部に有し、開閉可能なゲートＢｇにより閉じられる排水口Ｂｂを側壁部に有して、排水口ＢｂがゲートＢｇにより閉じられている間、取水口Ｂａから取り入れた海水を内部に収容した状態を保持するように構成される。
【００３９】
図示の例では、バケットＢが上端を開口させた直方体状の箱体の形に構成されていて、その底壁部に逆止弁Ｂｖを備えた取水口Ｂａが少なくとも一つ設けられ、その一端の側壁部の下半部に、ゲートＢｇにより閉じられる排水口Ｂｂが設けられている。
【００４０】
本実施形態で用いるバケットＢにおいては、その長さ方向の一端（図１においては右端）の側壁部の内側に、横断面が矩形状を呈し、かつバケットの内側から外側に向って末広がり状にテーパが付けられた排水用筒部Ｂｄが該側壁部と一体に設けられていて、排水用筒部Ｂｄの内側に排水口Ｂｂが形成されている。本実施形態では、排水口Ｂｂの開口部が、バケットＢの一端側の側面の下半部のほぼ全体を占めるように、排水用筒部Ｂｄが設けられている。
【００４１】
図示のゲートＢｇは、排水口Ｂｂ内に嵌合し得るように外面にテーパが付けられた栓体Ｂg1と、栓体Ｂg1の周辺部から突出した鍔板部Ｂg2とを有して、鍔板部Ｂg2の上端がバケットＢの上部に回動軸を介して結合されて支持されている。ゲートＢｇは、その栓体Ｂg1が排水口Ｂｂ内に嵌合して排水口Ｂｂを閉じた状態に保持する閉位置（図１の下部に実線で示されている位置）と、栓体Ｂg1を排水口Ｂｂから離脱させて排水口Ｂｂを開いた状態にする開位置（図１の上部に鎖線で示された位置）との間を回動し得るように設けられている。
【００４２】
バケットＢは、図１には図示されていない塔に支持されているガイドフレームにより、僅かに傾いた状態になることが許容された状態で、上下方向に変位し得るようにガイドされている。また、バケットのゲートＢｇを開閉操作するため、各バケットＢが小潮の際の最高到達位置Ｐ2′よりも低い位置にある間各バケットの排水口Ｂｂを閉じた状態に保持し、各バケットＢが小潮の際の最高到達位置Ｐ2′と上限位置Ｐ2との間にあるときに各バケットの排水口Ｂｂを開いた状態にするように各バケットのゲートＢｇを操作するゲート操作機構が設けられている。
【００４３】
図１に示した例では、このゲート操作機構が、バケットＢの変位方向（上下方向）に沿って延びる細長いゲート押え板Ｇｐを備えていて、バケットＢが下限位置Ｐ1から小潮の際の最高到達位置Ｐ2′まで上昇する過程で、ゲート押え板ＧｐがゲートＢｇをバケットに対して押さえつけることにより排水口Ｂｂを閉じた状態に保持し、バケットＢが小潮の際の最高到達位置Ｐ2′まで上昇したときにゲートＢｇを開放するように構成されている。ゲートＢｇは、ゲート押え板Ｇｐによる拘束から解放されたときに、バケットＢ内の海水から受ける水圧により、開位置側に回動させられて、排水口Ｂｂを開く。
【００４４】
各バケットが下限位置に向けて下降していく過程で小潮の際の満潮時の最低到達位置に達するまでの間に、各バケット内に規定量の海水を収容した状態にすることができるように各バケットの下限位置を設定しておく。即ち、バケットＢが下限位置に向けて下降していく過程で小潮の際の満潮時の最低到達位置に達したときに、バケットＢの少なくとも一部が海水中に没した状態になって、バケットＢの底部の取水口Ｂａから該バケット内に流入する海水の量が規定量となるように、バケットの下限位置Ｐ1を設定しておく。
【００４５】
またフロートＦの質量は、変位を伝達すべきバケットＢの、内部に海水を最大限収容した状態（バケットＢの上端まで海水を収容した状態）での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定しておく。
【００４６】
そして本発明の方法では、上げ潮時にバケットＢを下限位置Ｐ1に向けて下降させてバケット内に海水を収容する過程と、下げ潮時のフロートＦの変位を各バケットに伝達して内部に海水が収容された各バケットＢを下限位置側から上限位置に向けて上昇させるバケット上昇過程と、各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ2′から上限位置Ｐ2までの間の区間にあるときに、各バケットを水平状態に保つか、または各バケットの排水口側の一端を他端よりも低い状態に保って、各バケット内の海水を貯水槽ＷＴ内に移行させる海水移行過程と、発電の要求があるときに貯水槽ＷＴ内の海水を放出させて水車発電機を駆動することにより発電を行わせる過程とを行う。
【００４７】
本発明の発電方法を実施するに当たっては、貯水槽ＷＴの容量を決定し、発電を行わせるために必要な落差Δｈを決定して、大潮の際の満潮時でも水車発電機ＷＧが海面より高い位置に配置されるように、貯水槽ＷＴの高さを決定する。小潮の際にも貯水槽ＷＴへの揚水を行うことができるようにするため、小潮の際の干潮時にバケットが最高到達位置Ｐ2′まで上昇した状態で、バケットＢの排水口Ｂｂが貯水槽ＷＴ内の上端よりも高い位置に位置した状態になるように、小潮の際の下げ潮時のバケットの最高到達位置Ｐ2′を決定し、小潮の際の下げ潮時のフロートＦの変位量（潮位差）ΔｙによりバケットＢを最高到達位置Ｐ2′（バケットの排水口の高さが、該排水口から貯水槽への排水が可能になる高さに達する位置）に到達させることができるように、フロートＦからバケットＢに変位を伝達する際の変位の拡大割合ｎを決定する。これにより、バケットの上限位置（大潮の際の最高到達位置）Ｐ2が決まる。
【００４８】
上記のように、本発明においては、上げ潮の際にバケットを下限位置に向けて下降させて満潮時までにバケット内に海水を収容し、下げ潮の際のフロートＦの変位を拡大してバケットＢに伝達して、内部に海水が収容されたバケットを上限位置に向けて上昇させることにより貯水槽への揚水を行わせる。潮の干満は、約半日の周期で（１日に２回）行われるため、貯水槽ＷＴへの揚水は１日に２回行わせることができる。
【００４９】
本発明の発電方法によれば、化石燃料を燃して得た電力を用いることなく、無限のエネルギともいえる潮汐エネルギを利用して海水を貯水槽に揚水して、該貯水槽内の海水を水車発電機に供給することにより発電を行うため、炭酸ガスの排出量を削減する要請に応えることができる。
【００５０】
また本発明においては、毎日決まって起こる潮汐現象を利用することにより揚水を行って、揚水した水を電力需要のピーク時等の必要時に放出して発電を行わせることができるため、風任せの風力発電や、日照時にのみ発電が可能な太陽光発電による場合とは異なり、電力の供給時期及び電力の供給量に正確な予測性を持たせて、信頼性が高い電力供給を行うことができる。
【００５１】
更に本発明の発電方法によれば、貯水槽を海上に設置することができるため、河口を堰き止めたり、住宅環境を害したりすることなく、発電所を建設することができ、住民との無用なトラブルを生じさせることなく発電所を建設することができる。
【００５２】
次に図２ないし図８を参照して、本発明の潮汐エネルギ利用水力発電方法を実施する発電装置の一実施形態を説明する。図２は本実施形態の発電装置の変位伝達機構及びバケットの支持機構の構成例を概略的に示した側面図、図３は本実施形態の発電装置の要部の構成を図２の左側から見て示した構成図、図４はバケットの要部をそのガイド機構と共に一部を断面して示した正面図、図５はバケットをそのガイド機構と共に示した上面図、図６は、バケットが小潮時の下げ潮時の最高到達位置に達してバケットのゲートが排水口を開いた状態を一部を断面して示した正面図である。また図７は本実施形態の発電装置の上面図、図８は図７のVIII−VIII線断面図である。
【００５３】
図２において、１は大潮の際の上げ潮時にもその先端が海中に没することがないように、大潮の際の満潮時の海面のレベルＳ1よりも高い位置に設置された長方形のプラットホームで、図示のプラットホーム１は、その４つの角部にそれぞれ位置するように配置された４本の支柱２により、海底に設置されたベース３に支持されている。支柱２の下部には、ベースフレーム４が固定されている。プラットホーム１とベースフレーム４との間に、海面に浮かべられて、潮の干満により生じる海面の変位に追従して上下するフロートＦが配置されている。
【００５４】
５はプラットホーム１の側方に配置されて１つのバケットＢを支える鉄塔で、鉄塔５は、長方形の４つの角部にそれぞれ配置されて下端がベース３に固定された４本の支柱５０１と、該長方形の長辺に沿って並ぶように配置された適宜の本数の支柱５０１とを含む多数本の支柱５０１と、上記長方形の長辺に沿うように配置されて一連の支柱５０１の上端を連結する梁５０２と、一連の支柱５０１の下端を連結する梁５０３と、支柱５０１の上下方向の途中の部分に配置されて隣り合う支柱間を連結する適宜の本数の補強梁（特に図示せず。）とにより構成されている。鉄塔５は、その内側に１つのバケットＢを配置することができるように構成されている。プラットホーム１及び鉄塔５は、ほぼ等しい長さ（バケットＢの長手方向に測った寸法）を有するように構成されていて、バケットＢの幅方向に並ぶように配置されている。
【００５５】
図４ないし図６に示されているように、支柱５０１は断面がＵ字形（コの字形）を呈するチャンネル材からなっていて、その内側の溝の対向面５０１ａ，５０１ａ及び底面５０１ｂがバケットＢをガイドするガイド面となっている。
【００５６】
バケットＢは、４つの側壁部と底壁部とを有する直方体状の箱体からなっていて、その底壁部には複数の取水口Ｂａが設けられている。バケットＢの底壁部の内側には、各取水口に嵌合して該取水口を閉じた状態にする閉位置と、取水口Ｂａから離れて該取水口を開いた状態にする閉位置との間を回動変位する板状の弁体を備えた逆止弁Ｂｖがヒンジを介して取付けられている。逆止弁Ｂｖは、バケット内の海水から受ける水圧により閉位置側に変位させられ、バケットの外部の海水から受ける水圧により開位置側に変位させられる。バケット内にゴミや貝類などが入らないようにするため、取水口Ｂａには、フィルタＢｆが取り付けられている。また逆止弁Ｂｖは、取水が完了し、取水口Ｂａを通して水が流れなくなったときに自動的に取水口Ｂａを閉じる方向に変位するように、図示しないストッパにより、その開置側への回動範囲が制限されている。
【００５７】
バケットＢの長さ方向の一端（図４においては左端）の側壁部の内側に、横断面が矩形状を呈し、かつバケットの内側から外側に向って末広がり状にテーパが付けられた排水用筒部Ｂｄが該側壁部と一体に設けられていて、排水用筒部Ｂｄの内側に排水口Ｂｂが形成されている。本実施形態では、排水口Ｂｂの開口部が、バケットＢの一端側の側面のほぼ下半部のほぼ全体を占めるように、排水用筒部Ｂｄが設けられている。
【００５８】
排水口を開閉するゲートＢｇは、排水口Ｂｂ内に嵌合し得るように外面にテーパが付けられた栓体Ｂg1と、周辺部が栓体Ｂg1の周辺部から突出する大きさを有して栓体Ｂg1の端部に接合された鍔板部Ｂg2とを有し、鍔板部Ｂg2の上端が、バケットの幅方向に延びる回動軸Ｂｓを介してバケットＢの上部に結合されている。ゲートＢｇは、その栓体Ｂg1が排水口Ｂｂ内に嵌合して該排水口Ｂｂを閉じた状態に保持する閉位置（図４に示されている位置）と、栓体Ｂg1を排水口Ｂｂから離脱させて排水口Ｂｂを開いた状態にする開位置（図６に示された位置）との間を回動し得るように設けられている。
【００５９】
バケット５２の側壁部の外面の、各支柱５０１の溝内に臨む部分に複数のガイドローラＢｒが支持され、これらのガイドローラが対応する支柱５０１の溝内に挿入されてガイド面５０１ｂ上を転動することにより、バケットＢが、僅かに傾くことを許容された状態で上下方向に変位するようにガイドされている。
【００６０】
鉄塔５にはまた、バケットの幅方向に間隔をあけて上下方向に平行に延びる一対のゲート押え板Ｇｐ，Ｇｐが、支持部材５０５（図６参照）を介して支持されている。バケットのゲートＢｇの鍔板部Ｂg2の幅方向の両端には、バケットＢの幅方向の両端の側面に沿ってバケットの長手方向の他端側に延びるローラ保持部Ｂg2a，Ｂg2a（図５参照）が一体に設けられ、これらのローラ保持部にカムローラＢcm，Ｂcmが取り付けられている。カムローラＢcm，Ｂcmは、バケットの幅方向に延びる回転軸を中心に回転し得るように支持されていて、それぞれの外周寄りの部分がゲートＢｇの前面よりも前方に突出した状態で、ゲート押え板Ｇｐ，Ｇｐに当接するようになっている。
【００６１】
バケットＢの排水口の開口部を貯水槽ＷＴに接近させることができるようにするため、ゲート押え板Ｇｐ，Ｇｐはそれぞれ、カムローラＢcm，Ｂcmには当接するが、ゲートＢｇには接触しないように設けられている。ゲート押え板Ｇｐ，Ｇｐは、バケットの下限位置付近から小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ2′付近まで延びるように設けられていて、それぞれの上端には、上方に向うに従ってカムローラＢcm，Ｂcmから離反していくように湾曲した湾曲部Ｇp1，Ｇp1（図４及び図６参照）が設けられている。ゲート押え板Ｇｐの湾曲部以外の部分は、カムローラＢcmに対向する面が平坦な垂直面をなすように形成されていて、ゲートＢｇに取り付けられたカムローラＢcmがゲート押え板Ｇｐの垂直面に当接している間、ゲートＢｇがバケットの排水口Ｂｂに嵌合して該排水口が閉じた状態に保持されるようになっている。
【００６２】
そして、各バケットが少なくとも小潮の際の上げ潮時の最低到達位置Ｐ1′よりも高く、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ2′よりも低い位置にある間各バケットの排水口Ｂｂを閉じた状態に保持し、各バケットＢが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ2′と上限位置Ｐ2との間の区間にあるときに各バケットの排水口を開いた状態にするように、ゲート押え板Ｇｐの上端の湾曲部Ｇp1がカムローラから離反するように湾曲を開始する位置が設定されている。本実施形態では、ゲート押え板ＧｐとカムローラＢcmとにより、各バケットのゲートを操作するゲート操作機構が構成されている。
【００６３】
ゲートＢｇが閉位置にあるときに排水口Ｂｂが確実に閉じられるようにするため、ゲートＢｇの栓体Ｂg1の外周にパッキンＢgpを巻き付けておいて、ゲートＢｇが閉位置にあるときに、栓体Ｂg1と排水口Ｂbの内面との間にパッキンＢgpが介在するようにしておくことが好ましい。
【００６４】
フロートＦは、十分に大きな質量を有し、かつ中空部を有して、海水から受ける浮力により海面に浮くように構成される。フロートＦは上端が開口していてもよいが、内部に海水や雨水が入らないようにするため、その中空部が密閉された構造を有することが好ましい。フロートＦの形状は任意であるが、図示のフロートＦは、全体が扁平な直方体の形状を呈して、その内部の中空部が完全に密閉された構造を有している。
【００６５】
図示のフロートＦは、プラットホーム１を支える各支柱３を緩く貫通させる孔Ｆａを有して、プラットホーム１の下方で、支柱５によりガイドされつつ、海面の上下に伴って上方及び下方にそれぞれ変位させられる。
【００６６】
プラットホーム１には、鉄塔５の内側に配置されて上下方向に変位するようにガイドされているバケットＢの長手方向（図２の紙面と直角な方向）に間隔をあけて並ぶ複数の回転軸１１，１１，…がそれぞれ独立に支持され、各回転軸１１に上部スプロケットホイール１２と、ウィンチ１３とが取り付けられている。またプラットホーム１の下方に配置されたベースフレーム４に、各回転軸１１に対応する回転軸１５が回転自在に支持され、各回転軸１５に下部スプロケットホイール１６が取り付けられている。
【００６７】
図２に示されているように、フロートＦを上下に貫通した状態で、大径のチェーン挿通孔Ｆｂと小径のチェーン挿通孔Ｆｃとが設けられ、これらのチェーン挿通孔に通されたチェーン１７が各上部スプロケットホイール１２及び下部スプロケットホイール１６に掛け渡されている。
【００６８】
一方のチェーン挿通孔Ｆｂは、チェーン１７を拘束することがないように、チェーン１７を緩く貫通させ得る大きさの内径を有し、他方のチェーン挿通孔Ｆｃは一方のチェーン挿通孔Ｆｂよりは小径に形成されている。そして、図２及び図３に示したように、チェーン１７のチェーン挿通孔Ｆｃの上端及び下端から外に出た部分にそれぞれチェーン固定板１８及び１９が固定され、これらのチェーン固定板１８及び１９がそれぞれフロートＦの上面及び下面に当接されることにより、チェーン１７がフロートＦに連結されている。チェーン固定板１８及び１９により、チェーン１７とフロートＦとを連結する連結部が構成されている。
【００６９】
上記のようにフロートＦが各チェーン１７に連結されているため、下げ潮時にフロートＦが下方に変位すると、各チェーン１７が一方向に変位して各上部スプロケットホイール１２及びウィンチ１３を一方の側に回転させ、上げ潮時にフロートＦが上方に変位すると、各チェーン１７が他方向に変位して各上部スプロケットホイール１２及びウィンチ１３を他方の側に回転させる。
【００７０】
各ウィンチ１３の斜め上方で、かつバケットＢの上限位置Ｐ2よりも高い位置に２つの上部プーリ２０及び２１が配置され、上部プーリ２０とウィンチ１３との間に中間プーリ２２が配置されている。２つの上部プーリ２０及び２１は、バケットＢの幅方向に並べた状態で、かつそれぞれの回転軸の中心軸線を回転軸１１の中心軸線と同じ方向に向けた状態で、鉄塔５の上端にブラケット２３及び２４を介して回転自在に支持されている。また中間プーリ２２は、鉄塔５の側部にブラケット２５を介して回転自在に支持されている。
【００７１】
各ウィンチ１３には、一端が該ウィンチに固定されたワイヤロープ３０が巻き付けられていて、各ウィンチ１３から巻き戻されたワイヤロープ３０が、中間プーリ２２を経由して上部プーリ２０及び２１に引っ掛けられ、バケットＢの幅方向の中央部に近い側のプーリ２１から垂れ下がった各ワイヤーロープ３０の他端が、連結部材３１を介してバケットＢの上端に連結されることにより、バケットＢが複数本のワイヤロープ３０により吊り下げられた状態で支持されている。図示の例では、バケットＢの幅方向の中央部に近い側の上部プーリ２１から垂れ下がった各ワイヤーロープ３０の他端を、バケットＢの幅方向の中央に位置させるように、上部プーリ２１の位置が定められている。
【００７２】
本実施形態では、フロートＦが上昇する際にワイヤロープ３０がウィンチ１３から巻き戻されてバケットＢがその自重により下限位置に向けて下降し、フロートＢが下降する際にワイヤロープ３０がウィンチ１３に巻き取られてバケットＢが上昇するように、ウィンチ１３へのワイヤローブ３０の巻方向が設定されている。従って、上げ潮時には、バケットＢが、上限位置Ｐ2側から下限位置Ｐ1に向けて下降していき、下げ潮時には、バケットＢが下限位置Ｐ1側から上限位置Ｐ2に向けて上昇していく。
【００７３】
また本実施形態では、各ウィンチ１３の外径が、上部スプロケットホイール１２の外径のｎ倍（ｎ＞１）以上に設定されていて、フロートＦの変位がｎ倍以上に拡大されてバケットＢの各部に伝達されるようになっている。即ち、下げ潮時にフロートＦが下方にＹ［ｍ］変位する間に、バケットＢの各部がｎ×Ｙ［ｍ］以上上昇するように構成されている。
【００７４】
図示の例では、バケットＢの長手方向に間隔を開けて並べて配置された一連のウィンチ１３，１３，…の内、バケットＢの排水口Ｂｂに最も近い側に配置された最端部のウィンチ１３の径がスプロケットホイール１２の外径のｎ倍に設定され、他のウィンチ１３の径は、最端部のウィンチ１３から離れた位置にあるウィンチほど、その外径が、排水口により近い位置に配置された隣接のウィンチよりも僅かずつ大きくなっていくように設定されている。即ち、図３において左端にあるウィンチ１３の外径ｒ1は、スプロケットホイール１２の外径のｎ倍に設定され、左端から２番目にあるウィンチ１３の外径ｒ2は外径ｒ1よりも僅かな大きさΔｒだけ大きく設定され、左端からｋ番目にあるウィンチ１３の外径ｒkは、ｋ−１番目にあるウィンチの外径ｒk-1よりもΔｒだけ大きく設定されている。これにより、バケットの排水口側の一端にはフロートの変位がｎ倍に拡大されて伝達されるが、バケットの他端側には、フロートの変位がｎ倍よりも大きい倍率で拡大されて伝達されるようになっており、フロートＦの下降に伴って上昇させられたバケットＢが、図３に示すように、小潮の際の最高到達位置に達するまでの間に、排水口側の端部が排水口と反対側の端部よりも低い状態になるように、所定の角度だけ傾いた状態にされるようになっている。
【００７５】
複数個ずつ設けられた回転軸１１と、上部スプロケットホイール１２と、ウィンチ１３と、各スプロケットホイール１６と、チェーン１７と、プーリ２０ないし２２と、ワイヤ３０とにより、変位拡大伝達機構が構成されている。また、プラットホーム１と該プラットホームに支持された回転軸１１、スプロケットホイール１２、ウィンチ１３等の部材と、フロートＦと、チェーン１７と、ワイヤロープ３０と、プーリ２０ないし２２と、バケットＢを支持した鉄塔５と、ゲート押え板Ｇｐとにより、潮の干満に伴うフロートＦの変位をバケットＢの変位に変換して、海水を貯水槽ＷＴに揚水する揚水装置４０が構成されている。
【００７６】
本実施形態において、潮位の変化がないときには、フロートＦに働く浮力と、バケットＢ側からワイヤロープ３０等を通してフロートＦに作用する力（フロートを上方に引っ張り上げようとする力）との和が、フロートＦの質量により生じる重力とバランスしている。この状態で下げ潮が開始され、海面のレベルが低下すると、フロートの浮力が減少する。フロートＦの浮力が減った分だけ、力のバランスが崩れるため、フロートＦは、浮力とバケットＢ側から作用する力との和の力とフロートＦの質量により生じる重力とをバランスさせるように下降していく。このようにして、フロートＦは海面の低下に追従して下降していく。このフロートＦの変位が拡大されてバケットＢに伝達されるため、バケットＢは、上限位置Ｐ2に向けて上昇していく。バケットＢが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置に達すると、ゲート押え板ＧｐによるバケットＢのゲートＢｇの拘束が解かれるため、ゲートＢｇがバケット内の海水から作用する水圧により図６に示すように開位置に回動させられて排水口が開き、バケットＢ内の海水が貯水槽ＷＴに移行させられる。
【００７７】
本実施形態では、バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置に達するまでの間に、その排水口側の一端が他端よりが低くなるように傾斜させられるため、バケット内から貯水槽内への海水の移行をスムースに行わせることができ、バケット内に残留する海水の量を少なくすることができる。
【００７８】
上げ潮時には、海面の上昇により瞬時的にフロートが沈み込むため、フロートが排斥する海水の量が増加し、フロートＦの浮力が増大する。フロートの浮力が増大した分だけ上記の重力のバランスが崩れるため、バケットＢが下降してフロートを上昇させ、これによりフロートが排斥する海水の量を減少させて重量のバランスをとる。このようにしてフロートＦは海面の上昇に追従して上昇していき、バケットＢが下限位置に向けて下降していく。バケットＢが満潮時の到達位置に近づくと、バケットＢが海水中に沈んでいき、取水口ＢａからバケットＢ内に海水が流入していく。バケットＢが小潮の際の満潮時の最低到達位置に達するまでの間にバケット内に規定量の海水が収容される。
【００７９】
貯水槽ＷＴ内に所定量以上の海水が貯留されている状態で発電を行うことの要求があったときには、バルブ装置Ｖを開いて貯水槽内の海水を水圧管路ＷＰを通して落下させ、水車発電機ＷＧを駆動して発電を行わせる。
【００８０】
上記の実施形態のように、揚水装置の変位拡大伝達機構を構成する回転軸１１、上部スプロケットホイール１２、ウィンチ１３、ワイヤ３０等の要素をバケットの長手方向に並べて複数組設けて、バケットＢを複数本のワイヤでつり下げるようにすると、各要素にかかる負担が軽減されるため、変位拡大伝達機構の強度設計を容易にすることができる。またフロートからバケットの排水口側の一端側に伝達される変位よりも、他端側に伝達される変位をより大きくするように、複数のウィンチの径を変えておくことにより、バケットの排水口側の一端が他端側よりも低くなるように、バケットを傾けた状態で上昇させることができる。
【００８１】
本発明に係わる発電装置において、貯水槽ＷＴは、できるだけ大きい容量、例えば３０万トン以上の海水を貯留し得る容量を有することが好ましい。このような貯水槽は例えば、幅寸法×奥行き寸法×深さが、５００［ｍ」×５００［ｍ］×Ｘ［ｍ］（Ｘ≧１．２）といった大規模なものとなる。この場合、図７及び図８に示すように、バケットＢをガイドする鉄塔５、プラットホーム１、プラットホーム１に支持された部材、及びフロートＦ等からなる揚水装置４０を、貯水槽ＷＴの周囲に多数並べて配置する構成をとることができる。なお図７において、４１は水車発電機に海水を落下させる水圧管路に海水を導く導水口を示している。貯水槽の底面は、導水口４１の部分が最も低くなるように傾斜させられている。
【００８２】
図７及び図８に示したような構成をとる場合、一列に並んでいる一連の揚水装置４０，４０，…のフロートを共通に設けて、潮の干満により生じる共通のフロートの変位を、一連の揚水装置のバケットＢに伝達するようにしても良い。この場合、共通のフロートの質量は、その変位を伝達すべき一連のバケットＢ内に最大限の海水を収容した場合の一連のバケットの質量の総計のｎ倍よりも十分に大きく設定して、各バケットを上限位置まで上昇させ得るようにしておく。
【００８３】
また図７に示したように貯水槽ＷＴの周囲に揚水装置４０を並べただけでは、揚水装置の数が不足する場合には、図９に示したように、貯水槽ＷＴの周囲に該貯水槽内につながる多数の取水溝４２，４２，…を設けて、各取水溝の両側に揚水装置４０を配置する構成をとればよい。
【００８４】
上記の各実施形態では、貯水槽を海上に設置するとしたが、海の近くの地上に用地を確保することができる場合には、貯水槽を地上に設置することもできる。この場合には、図１０に示すように、貯水槽ＷＴに一端が接続された取水溝４３を海上まで伸して、この取水溝４２の両側に揚水装置４０を並べて配置する構成をとればよい。
【００８５】
本発明において、貯水槽ＷＴを構成する材料は任意であるが、海上に貯水槽を設置する場合には、貯水槽を透明または半透明な繊維強化プラスチックにより形成して、貯水槽の下の海中にある程度太陽光が照射されるようにしておくのが好ましい。
【００８６】
図１１及び図１２はバケットの排水口を開閉するゲートの変形例を示したもので、この例では、ゲートＢｇの栓体Ｂg1のバケット内に臨む端面に比較的大きな質量を有する翼Ｂgwが取り付けられている。このようにゲートの栓体に翼を取り付けておくと、ゲートＢｇが開く際にバケット内から噴出する水流が翼Ｂgwに当ってゲートＢｇを押し上げるため、ゲートＢｇをスムースに、かつ確実に開くことができる。またバケット内の水が少なくなって排水口Ｂｂを通して流出する水の勢いが弱くなった際に翼Ｂgwの質量により、ゲートＢｇを半開きの状態に保持することができるため、バケットからの排水を最後まで確実に行わせることができる。
【００８７】
上記の実施形態では、バケットＢが下部に取水口Ｂａを有しているが、取水口を廃して、側壁の下部に設けた排水口Ｂｂを取水と排水との双方を行う吸排口として用いるようにしても良い。この場合には、バケットの小潮の際の上げ潮時の最低到達位置Ｐ1′付近より下方の位置に、ゲート押え板Ｇｐを設けないようにしておくと共に、最低到達位置Ｐ1′付近より下方の位置にゲート押え板Ｇｐとは反対側からカムローラＢcmと協働するカム板を固定しておいて、各バケットＢが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置Ｐ1′と下限位置Ｐ1との間にあるときに、上記カム板によりカムローラＢcmを押すことにより、ゲートＢｇを吸排口Ｂｂから離反させて、吸排口Ｂｂを開くようにしておく。
【００８８】
即ち、本発明の発電方法を実施する潮汐エネルギ利用水力発電装置は、潮位の変化に追従して上下する少なくとも１つのフロートＦと、開閉可能なゲートＢｇにより閉じられる吸排口（上記実施形態の排水口Ｂａと同じものでよい。）を側壁の下部に有して、吸排口がゲートＢｇにより閉じられている間内部に海水を収容した状態を保持するように構成されて、設定された下限位置と大潮の際に生じる前記フロートの最大変位量のｎ（ｎ＞１）倍以上に設定された距離だけ前記下限位置よりも高い位置に設定された上限位置との間を変位し得るように支持された１以上のバケットＢと、下げ潮時に各バケットを下限位置Ｐ1側から上限位置Ｐ2に向けて上昇させるべく、潮位の変化に伴って生じるいずれかのフロートの変位をｎ倍以上に拡大して各バケットに伝達し、上げ潮時にはフロートＦの変位に伴って各バケットが上限位置から下限位置まで下降するのを許容するように構成された変位拡大伝達機構と、各バケットＢが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置Ｐ1′と下限位置Ｐ1との間にあるときに、図６の下部に鎖線で示したように吸排口Ｂｂを開き、各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置Ｐ1′よりも高く、かつ小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ2′よりも低い位置にある間各バケットの吸排口を閉じた状態に保持し、各バケットＢが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ1′と上限位置Ｐ2との間の区間にあるときに図６の上部に実線で示したように、各バケットの吸排口を開いた状態にするように各バケットのゲートを操作するゲート操作機構と、大潮の際の満潮時の海面の位置よりも高い位置で、かつ各バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置Ｐ2′にある時に各バケットの吸排口から流出させた海水を受け入れることができる高さの位置に設置された貯水槽ＷＴと、貯水槽よりも低い位置に設置された水車発電機ＷＧと、貯水槽内の海水を水車発電機ＷＧに向けて流す水圧管路ＷＰと、水圧管路を通して水流が生じる状態と、該水流を遮断する状態とを切り換えるバルブ装置Ｖとを備えた構成とすることもできる。
【００８９】
この場合も、各バケットが小潮の際の上げ潮時の最低到達位置に達したときに各バケットの吸排口から各バケット内に流入する海水の水面が各バケット内における水面の規定レベルに達するように各バケットの下限位置を設定し、フロートＦの質量を、変位を伝達すべきバケットの、内部に海水を最大限収容した状態での質量の総計のｎ倍よりも大きく設定する点は、前記の実施形態と同様である。
【００９０】
上記のように、取水口と排水口とを兼ねる吸排口をバケットの下部に設けるようにした場合には、底部の取水口を廃して、バケットを上限位置に向けて上昇させる過程で、海水が漏れるのを防ぐために密閉しておく箇所を吸排口のみとすることができるため、バケットを上限位置に向けて上昇させる過程で、バケット内に海水を収容した状態を容易に保持することができる。
【００９１】
上記の実施形態で示したように、バケットＢを小潮の際の下げ潮時の最高到達位置まで上昇させた状態で、バケットの排水口側の一端を他端より低くするようにバケットを傾斜させた状態にするのが好ましいが、本発明においては、バケットが小潮の際の下げ潮時の最高到達位置から上限位置までの間にあるときに、バケットをほぼ水平状態に保つか、またはバケットの排水口側の一端を他端より低くするようにバケットを傾斜させた状態に保つようにしておけばよく、バケットへの変位の伝達のさせ方は上記の例に限定されない。例えば、バケットの長手方向に並ぶ一連のウィンチ１３の外径をすべて、スプロケットホイールの外径のｎ倍として、バケットＢを水平な姿勢を保ったままで上昇させるようにしてもよい。この場合には、バケットＢを製造する際に、該バケットＢの底部内面を、排水口Ｂｂ側に向って下方に傾斜した形にしておくのが好ましい。
【００９２】
上記の実施形態では、ウィンチ１３を用いてフロートの変位をバケットＢに伝達しているが、ウィンチに代えてチェーンスプロケット機構等の他の機構を用いて回転軸１１の回転を拡大してバケットに伝達することにより、フロートの下降及び上昇に応じてバケットを上昇及び下降させるようにしてもよい。
【００９３】
上記の実施形態では、ウィンチ１３の外径を上部スプロケットホイール１２の外径のｎ倍に設定することにより、フロートの変位をｎ倍に拡大してバケットに伝達するようにしているが、フロートの変位を拡大してバケットに伝達するための機構は上記実施形態に示したものに限定されない。例えば、上部スプロケットホイール１２とウィンチ１３との間に歯車増速機構を設けて、フロートの変位をｎ倍に拡大してバケットに伝達するようにしても良い。
【００９４】
バケットＢは、大形になるため、大きなたわみが生じないように十分な強度を持たせておくことが好ましい。バケットに強度を持たせるには、例えば、バケット内を多数の仕切り壁により仕切って、下部が相互に連結された多数の部屋をバケット内に形成すればよい。この場合、バケット内に形成する各部屋の断面形状を六角形として、バケットをハニカム構造とすると、バケットの強度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係わる発電方法を実施する発電装置の構成を概略的に示した構成図である。
【図２】本実施形態の発電装置の変位伝達機構及びバケットの支持機構の構成例を概略的に示した側面図である。
【図３】本実施形態の発電装置の要部の構成を図２の左側から見て示した構成図である。
【図４】本実施形態で用いるバケットの要部をそのガイド機構と共に一部を断面して示した正面図である。
【図５】本実施形態で用いるバケットの要部をそのガイド機構と共に示した底面図である。
【図６】本実施形態において、バケットが小潮時の最高到達位置に達してバケットのゲートが排水口を開いた状態を一部を断面して示した正面図である。
【図７】本実施形態の発電装置の上面図である。
【図８】図７のIIX−IIX線断面図である。
【図９】本発明に係わる発電装置の他の実施形態を示した上面図である。
【図１０】本発明に係わる発電装置の更に他の実施形態を示した上面図である。
【図１１】図１ないし図６に示した実施形態で用いるバケットの排水口を開閉するゲートの変形例の要部を、垂直面に沿って断面して示した断面図である。
【図１２】図１ないし図６に示した実施形態で用いるバケットの排水口を開閉するゲートの変形例の要部を水平面に沿って断面して示した断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  プラットホーム
２  支柱
３  ベース
４  ベースフレーム
５  鉄塔
Ｂ  バケット
Ｂａ  取水口
Ｂｂ  排水口
Ｂｇ  ゲート
Ｂｖ  逆止弁
Ｆ  フロート
Ｇｐ  ゲート押え板
ＷＴ  貯水槽
ＷＧ  水車発電機
Ｖ  バルブ装置
【図１】
0004681009.tif 000002
【図２】
0004681009.tif 000003
【図３】
0004681009.tif 000004
【図４】
0004681009.tif 000005
【図５】
0004681009.tif 000006
【図６】
0004681009.tif 000007
【図７】
0004681009.tif 000008
【図８】
0004681009.tif 000009
【図９】
0004681009.tif 000010
【図１０】
0004681009.tif 000011
【図１１】
0004681009.tif 000012
【図１２】
0004681009.tif 000013