(57)【要約】【課題】  本発明は圧力水を無駄なく発電エネルギとして活用することを課題とする。【解決手段】  水圧発電システム１０は、発電機１６を駆動する駆動装置１８を有する。駆動装置１８は、圧力水供給管路１２から供給される圧力水の圧力により駆動される複数のピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄと、各ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄの駆動力を発電機１６に伝達する伝達機構２６と、ピストン・シリンダ機構２４の複数のシリンダ内部に圧力水を分配する圧力水分配部２８とを有する。ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄにより回転駆動されるクランクシャフト４２の端部には、クランクシャフト４２の回転力を圧力水分配部２８の切替弁５６,５７を切り替え動作させる駆動力として伝達することで、ピストン３４Ａ〜３４Ｄの摺動位置に連動して各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄ内への圧力水の分配を行う切替弁駆動部４８を有する。【選択図】  図１
2007071030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
圧力水を供給する圧力水供給管路と、
該圧力水供給管路から供給された圧力水によりピストンがシリンダ内を往復動して前記発電機を駆動するピストン・シリンダ機構と、
前記ピストン・シリンダ機構からの回転駆動力の一部を伝達されることで前記シリンダ内へ供給される圧力水の分配を自動的に切り替える圧力水分配手段と、
を有することを特徴とする水圧発電システム。
【請求項２】
前記圧力水分配手段は、
前記シリンダの一室に連通された第１の給排水管路と、
前記シリンダの他室に連通された第２の給排水管路と、
前記シリンダから排出された水を外部に排水する排水管路と、
前記圧力水供給管路と前記第１の給排水管路または前記第２の給排水管路の何れか一方を連通し、前記排水管路と前記第２の給排水管路または前記第１の給排水管路の何れか他方を連通する切替弁と、
前記ピストンの動作に連動して前記切替弁を切り替え動作させる弁駆動手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項３】
前記切替弁は、
前記圧力水供給管路が連通された第１ポートと、
前記第１の給排水管路が連通された第２ポートと、
前記排水管路が連通された第３ポートと、
前記第２の給排水管路が連通された第４ポートと、
前記第１ポートを前記第２ポートまたは前記第４ポートの何れか一方に連通すると共に、前記第３ポートを前記第４ポートまたは前記第２ポートの何れか他方に連通するように動作する弁体と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の水圧発電システム。
【請求項４】
前記切替弁は、前記圧力水を供給されて駆動されるアクチュエータの駆動力を伝達されており、前記ピストンの動作に連動して前記アクチュエータが駆動されて切り替え動作することを特徴とする請求項２に記載の水圧発電システム。
【請求項５】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸と平行な方向に一列に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項６】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として１８０度の角度で対向配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項７】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸を中心としてＶ字状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項８】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として放射状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項９】
前記駆動軸を垂直方向に起立した状態で回転可能に支持し、
前記複数のシリンダを水平方向に放射状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項１０】
前記圧力水分配手段は、前記複数のピストンの夫々が所定の位相差で動作するように圧力水を前記複数のシリンダに分配することを特徴とする請求項５乃至９の何れかに記載の水圧発電システム。
【請求項１１】
前記切替弁は、前記複数のシリンダのうち一対のシリンダに連通されており、前記ピストンの動作に連動して前記一対のシリンダに供給される圧力水の機構の駆動力を伝達されて切り替え動作することを特徴とする請求項５乃至９の何れかに記載の水圧発電システム。
【請求項１２】
前記駆動軸は、前記複数のピストンの往復動による回転力を増速機により高速回転に変換して前記発電機に伝達する伝達機構を構成することを特徴とする請求項５乃至９の何れかに記載の水圧発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水圧発電システムに係り、特に水圧を駆動源として駆動されるピストン・シリンダ機構により回転駆動力を得て発電を行うように構成された水圧発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から環境への影響が少なく、例えば排気ガスなどによる大気汚染を発生しないクリーンな発電システムとして、水の圧力（高低差による揚程、または水道圧）を利用して発電機を駆動する水圧発電システムの開発が進められている。一般的な水圧発電システムとしては、例えば、ダム堤体部を主要部とする水槽と、この水槽から取水口を通じて排出される流水を水車まで導く水圧管路と、この水圧管路を流れる流水のエネルギにより駆動される水車と、この水車により駆動される発電機とを有する構成のものがある。
【０００３】
また、水道水の圧力を利用して水車を回転させて発電機を駆動する方式の水圧発電システムもある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２２９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水車に圧力水を供給して発電を行なう方式の発電システムでは、水車の効率が悪く、水資源を無駄に使用していた。
【０００５】
また、上記特許文献1に記載されたものは、蛇口から水道水を使用する際の水流を利用して水車を回転させているが、水車を高速回転させて発電するためには、水道水を節水せずに必要以上に水を使用しなければならず、水資源を無駄に使用するおそれがある。さらに、水道水を使用しないときにはポンプを作動させてタンクに貯めてある水を水車に供給して発電を継続するようにしているため、ポンプを駆動させるための駆動源として油圧供給源や電源が必要であり、ポンプ駆動手段を駆動することにより別の駆動源を使用することになり、その分発電効率が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決した水圧発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
【０００８】
請求項１記載の発明は、発電機と、圧力水を供給する圧力水供給管路と、該圧力水供給管路から供給された圧力水によりピストンがシリンダ内を往復動して前記発電機を駆動するピストン・シリンダ機構と、前記ピストン・シリンダ機構からの回転駆動力の一部を伝達されることで前記シリンダ内へ供給される圧力水の分配を自動的に切り替える圧力水分配手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記圧力水分配手段が、前記シリンダの一室に連通された第１の給排水管路と、前記シリンダの他室に連通された第２の給排水管路と、前記シリンダから排出された水を外部に排水する排水管路と、前記圧力水供給管路と前記第１の給排水管路または前記第２の給排水管路の何れか一方を連通し、前記排水管路と前記第２の給排水管路または前記第１の給排水管路の何れか他方を連通する切替弁と、前記ピストンの動作に連動して前記切替弁を切り替え動作させる弁駆動手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記切替弁が、前記圧力水供給管路が連通された第1ポートと、前記第１の給排水管路が連通された第２ポートと、前記排水管路が連通された第３ポートと、前記第２の給排水管路が連通された第４ポートと、前記第1ポートを前記第２ポートまたは前記第４ポートの何れか一方に連通すると共に、前記第３ポートを前記第４ポートまたは前記第２ポートの何れか他方に連通するように動作する弁体と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記切替弁が、前記圧力水を供給されて駆動されるアクチュエータの駆動力を伝達されており、前記ピストンの動作に連動して前記アクチュエータが駆動されて切り替え動作することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸と平行な方向に一列に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として１８０度の角度で対向配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸を中心としてＶ字状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として放射状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、前記駆動軸を垂直方向に起立した状態で回転可能に支持し、前記複数のシリンダを水平方向に放射状に配置したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、前記複数のピストン・シリンダ機構が、前記複数のピストンの夫々が所定の位相差で動作するように圧力水を前記複数のシリンダに分配することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、前記切替弁が、前記複数のシリンダのうち一対のシリンダに連通されており、前記ピストンの動作に連動して前記一対のシリンダに供給される圧力水の機構の駆動力を伝達されて切り替え動作することを特徴とする。
る。
【００１９】
請求項１２記載の発明は、前記駆動軸が、前記複数のピストンの往復動による回転力を増速機により高速回転に変換して前記発電機に伝達する伝達機構を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧力水供給手段により圧力水供給管路から供給された圧力水の圧力によりピストンがシリンダ内を往復動して発電機を駆動するため、圧力水の圧力を効率良く発電機の駆動力に変換して伝達することができ、発電効率をより高めることが可能になる。また、ピストンを駆動するのに使用した水のみをシリンダから排水するため、水車を用いた構成のものよりも水資源を有効に利用することが可能になり、無駄に排水することがない。さらに、ピストン・シリンダ機構からの駆動力を伝達されることで各シリンダに圧力水を分配するため、圧力水以外の駆動源を必要とせず、環境への影響を低減することが可能になる。
【００２１】
また、本発明によれば、ピストン・シリンダ機構が複数のシリンダを有するため、圧力水の供給により往復動するピストンの駆動力が連続的に得られ、より大きな駆動力で発電機を駆動することが可能になる。
【００２２】
また、本発明によれば、ピストン・シリンダ機構の駆動力により切替弁を切り替え動作させて複数のシリンダへの圧力水の分配を行うため、省力化が図られている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明になる水圧発電システムの一実施例を示す縦断面図である。図１に示されるように、水圧発電システム１０は、山間部等の高所から圧力水が供給される圧力水供給管路１２と、圧力水供給管路１２を介して供給された圧力水を駆動源として発電を行う発電ユニット２０とを有する。発電ユニット２０は、発電機１６と、圧力水供給管路１２から供給された圧力水により発電機１６を駆動する駆動装置１８とから構成されている。
【００２５】
駆動装置１８は、圧力水供給管路１２から供給される圧力水の圧力により駆動される複数のピストン・シリンダ機構２４（２４Ａ〜２４Ｄ）と、各ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄの駆動力を発電機１６に伝達する伝達機構２６と、ピストン・シリンダ機構２４の回転駆動力の一部を伝達されて複数のシリンダ内部に圧力水を自動的に分配する圧力水分配部（圧力水分配手段）２８とを有する。
【００２６】
圧力水供給管路１２は、例えば、山間部のような標高の高い高所に建設されたダムや貯水池等に貯留された水を山間部よりも低い場所（低所）に設置された発電ユニット２０に供給するように配設されている。この高所と低所との高低差による揚程が圧力水供給管路１２を介して供給される圧力水の位置エネルギとなる。尚、この高低差によって発電ユニット２０にかかる水圧が増減するため、圧力水供給管路１２に使用される配管径及び肉厚は高低差（水圧）に応じて選択される。
【００２７】
ピストン・シリンダ機構２４は、複数のシリンダ３２Ａ〜３２Ｄが一列に配置された構成となっている。本実施例では、架台３０上に４個のシリンダ３２Ａ〜３２Ｄが並列に配置された構成を一例として説明する。各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄの内部には、ピストン３４Ａ〜３４Ｄが挿入されており、ピストン３４Ａ〜３４Ｄの下面側には、ピストンロッド３６Ａ〜３６Ｄが一体的に結合されている。
【００２８】
各ピストンロッド３６Ａ〜３６Ｄは、シリンダ３２Ａ〜３２Ｄの下部隔壁及び架台３０の天板３０ａに支持された軸受３８Ａ〜３８Ｄを貫通して架台３０の内部に延在形成されている。尚、軸受３８Ａ〜３８Ｄは、オイルレス軸受からなり、各ピストンロッド３６Ａ〜３６Ｄの軸方向（上下方向）の摺動動作が低摩擦で行えるように軸承している。
【００２９】
また、架台３０の内部には、上記発電機１６及び伝達機構２６、圧力水分配部２８が取り付けられている。伝達機構２６は、上記ピストンロッド３６Ａ〜３６Ｄの下端に連結されたコネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄと、コネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄの下端が連結されたクランク４０Ａ〜４０Ｄと、クランク４０Ａ〜４０Ｄの回転中心に結合されたクランクシャフト（駆動軸）４２と、クランクシャフト４２の端部に連結された増速機４４とを有する。
【００３０】
クランクシャフト４２は、上記ピストン３４Ａ〜３４Ｄの往復運動がコネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄ及びクランク４０Ａ〜４０Ｄにより回転駆動力に変換されて伝達される。また、クランクシャフト４２は、架台３０の底部３０ｂに固定された軸受４６Ａ〜４６Ｅにより回転自在に支持されており、且つ各クランク４０Ａ〜４０Ｄが架台３０の底部３０ｂに接触しないように所定高さ位置に支持されている。
【００３１】
また、増速機４４は、複数のギヤからなり、各ギヤのギヤ比によってクランクシャフト４２の回転を高速回転に変換して発電機１６のロータに伝達する。尚、増速機４４のギヤ比は、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄから得られるトルクと、発電機１６の回転負荷との力関係を相対的に考慮して決められる。本実施例においては、４台のピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄを有する構成であるので、圧力水供給管路１２から得られる圧力が十分に大きい場合には、クランクシャフト４２の回転数を数十倍に増速することが可能である。
【００３２】
また、クランクシャフト４２の端部には、クランクシャフト４２の回転を圧力水分配部２８に伝達する切替弁駆動部４８を有する。この切替弁駆動部４８は、後述するようにクランクシャフト４２の回転力を圧力水分配部２８の切替弁５６,５７を切り替え動作させる駆動力として伝達することで、ピストン３４Ａ〜３４Ｄの摺動位置に連動して各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄ内への圧力水の分配を行うことが可能になる。
【００３３】
各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄは、内部に円筒形状に形成されたシリンダ室３３Ａ〜３３Ｄを有しており、シリンダ室３３Ａ〜３３Ｄはピストン３４Ａ〜３４Ｄにより上室３３１と下室３３２とに画成されている。
【００３４】
圧力水分配部２８は、シリンダ室３３Ａ〜３３Ｄの上室３３１の上部側面開口に連通された第１の給排水管路５０Ａ〜５０Ｄと、シリンダ室３３Ａ〜３３Ｄの下室３３２の下部側面開口に連通された第２の給排水管路５２Ａ〜５２Ｄと、シリンダ室３３Ａ〜３３Ｄから排出された水を外部に排水する排水管路５４と、切替弁駆動部４８により切り替え動作する第１，第２の切替弁５６，５７とを有する。
【００３５】
切替弁５６，５７には、上記圧力水供給管路１２、第１の給排水管路５０Ａ〜５０Ｄ、第２の給排水管路５２Ａ〜５２Ｄ、排水管路５４が連通されており、後述するように切替弁駆動部４８を介してクランクシャフト４２の回転駆動力が伝達されることで圧力水供給管路１２からの圧力水を第１の給排水管路５０Ａ〜５０Ｄ、第２の給排水管路５２Ａ〜５２Ｄの何れかに分配してシリンダ室３３Ａ〜３３Ｄのピストン３４Ａ〜３４Ｄを往復動させる。
【００３６】
切替弁５６，５７は、切替弁駆動部４８により回転駆動される弁軸５８が貫通するように同軸上に配置されており、弁軸５８の回転により同時に切り替え動作するように設けられている。本実施例の切替弁５６，５７は、４方弁からなり、圧力水供給管路１２が連通された第1ポートＰ１と、第１または第２の給排水管路が連通された第２ポートＰ２と、排水管路５４が連通された第３ポートＰ３と、第１または第２の給排水管路が連通された第４ポートＰ４とを有する。各ポートＰ１〜Ｐ４は、弁軸５８の回動角度に応じて連通方向が切り替えられる。
【００３７】
また、第１の給排水管路５０Ａは、第１の切替弁５６の第２ポートＰ２に連通され、第１の給排水管路５０Ｂは、第１の切替弁５６の第４ポートＰ４に連通されている。また、第１の給排水管路５０Ｃは、第２の切替弁５７の第２ポートＰ２に連通され、第１の給排水管路５０Ｄは、第２の切替弁５７の第４ポートＰ４に連通されている。
【００３８】
さらに、第２の給排水管路５２Ａは、第１の切替弁５６の第４ポートＰ４に連通され、第２の給排水管路５２Ｂは、第１の切替弁５６の第２ポートＰ２に連通されている。また、第２の給排水管路５２Ｃは、第２の切替弁５７の第４ポートＰ４に連通され、第２の給排水管路５２Ｄは、第２の切替弁５７の第２ポートＰ２に連通されている。
【００３９】
このように、第１の切替弁５６の第２ポートＰ２には、第１の給排水管路５０Ａと第２の給排水管路５２Ｂが連通され、第１の切替弁５６の第４ポートＰ４には、第１の給排水管路５０Ｂと第２の給排水管路５２Ａとが連通されているので、ピストン３４Ａと３４Ｂとは互いに逆方向に移動するように駆動される。
【００４０】
また、第２の切替弁５７の第２ポートＰ２には、第１の給排水管路５０Ｃと第２の給排水管路５２Ｄが連通され、第２の切替弁５７の第４ポートＰ４には、第１の給排水管路５０Ｄと第２の給排水管路５２Ｃとが連通されているので、ピストン３４Ｃと３４Ｄとは互いに逆方向に移動するように駆動される。
【００４１】
尚、本実施例においては、切替弁５６，５７の切り替え動作によりピストン３４Ａ〜３４Ｄが回転方向角度９０度の位相差で駆動されるように駆動水がシリンダ室３３Ａ〜３３Ｄの上室３３１、下室３３２に供給される。
【００４２】
図２は切替弁駆動部４８及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。図２に示されるように、切替弁駆動部４８は、ベルト駆動方式であり、クランクシャフト４２の端部に結合された駆動側プーリ６０と、弁軸５８の端部に結合された従動側プーリ６２と、駆動側プーリ６０及び従動側プーリ６２に巻き掛けされたタイミングベルト６４とから構成されている。本実施例では、駆動側プーリ６０と従動側プーリ６２は、同径であるので、同じ回転数で回転するようにセッティングされている。また、タイミングベルト６４は、樹脂製の歯付きベルトであり、振動や滑りがない状態で駆動側プーリ６０の回転駆動力を従動側プーリ６２に伝達することが可能になっている。
【００４３】
ここで、切替弁５６，５７の内部構造について図２を参照して説明する。尚、切替弁５６と５７とは、同一構成であるので、切替弁５６の構成について説明する。
【００４４】
切替弁５６は、ケーシング７０の内部に円筒状空間７２を有しており、円筒状空間７２には円筒形状の弁体７４が挿入されている。また、弁体７４は、弁軸５８と同軸且つ一体的に結合されているため、上記切替弁駆動部４８による回転伝達によって回転することで水の供給経路及び排水経路を切り替える。
【００４５】
また、切替弁５６のケーシング７０には、前述した各ポートＰ１〜Ｐ４が円筒状空間７２に対して回転方向角度９０度間隔で放射状に設けられている。さらに、弁体７４には、円弧状に形成された一対の通路７４ａ，７４ｂが設けられている。この通路７４ａ，７４ｂは、各ポートＰ１〜Ｐ４に連通するように両端の開口位置が回転方向角度９０度間隔となるように形成されている。
【００４６】
従って、弁体７４は、切替弁駆動部４８を介して回転駆動されることにより、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ２とを連通すると共にポートＰ３とＰ４とを連通する動作モードIと、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ４とを連通すると共にポートＰ２とＰ３とを連通する動作モードIIとを交互に繰り返す。尚、弁体７４の回転は、切替弁駆動部４８を介してピストン３４Ａ〜３４Ｄと同期しているため、ピストン３４Ａ〜３４Ｄが上死点または下死点に到達するのとほぼ同じタイミングで動作モードIからIIへ、あるいは動作モードIIからIへ切り替わるように切り替え動作を行なう。
【００４７】
また、切替弁５６,５７の弁体７４は、同一構成であるが、弁軸５８に対して周方向に９０度の角度差となるように同軸上に取り付けられている。そのため、切替弁５６,５７の弁体７４は、互いに弁軸５８の回転による圧力水の供給行程または排水行程が９０度の位相差で行うように動作する。
【００４８】
例えば、図２において、通路７４ａによりポートＰ１とＰ４とを連通する動作モードIIでは、圧力水供給管路１２からの圧力水がシリンダ室３３Ａの下室３３２に供給され、同時に通路７４ｂによりシリンダ室３３Ａの上室３３１がポートＰ２とＰ３とを介して排水管路５４と連通されているため、ピストン３４Ａは上方に押し上げられ、ピストンロッド３６Ａ及びコネクティングロッド３９Ａを上方へ駆動する。これにより、クランクシャフト４２は、コネクティングロッド３９Ａ及びクランク４０Ａを介して変換された回転駆動力によって回転する。
【００４９】
また、弁体７４が図２に示す状態から９０度時計方向に回動すると、通路７４ａによりポートＰ１とＰ２とを連通する動作モードIでは、圧力水供給管路１２からの圧力水がシリンダ室３３Ａの上室３３１に供給され、同時に通路７４ｂによりシリンダ室３３Ａの下室３３２がポートＰ４とＰ３とを介して排水管路５４と連通されているため、ピストン３４Ａは下方に押し下げられ、ピストンロッド３６Ａ及びコネクティングロッド３９Ａを下方へ駆動する。これにより、クランクシャフト４２は、コネクティングロッド３９Ａ及びクランク４０Ａを介して変換された回転駆動力によって回転する。
【００５０】
このように、ピストン３４Ａは、上動するときも下動するときも圧力水による圧力を受けて駆動力を発生させることができ、摺動方向によらず圧力水の圧力を発電を行うための駆動力に変換している。そのため、ピストン３４Ａ〜３４Ｄが夫々往復動することで、より大きな駆動力が得られ、より発電効率が高められている。
【００５１】
図３はピストンが上死点または下死点に達したときの弁体７４の動作状態を示す図である。図３に示されるように、切替弁５６，５７の弁体７４は、図２の状態から４５度時計方向に回動すると、隔壁７４c，７４dによって各ポートＰ１〜Ｐ４が遮断される。すなわち、この圧力水の供給を停止された瞬間は、弁体７４の通路７４ａ，７４ｂは、円筒状空間７２の内壁によって閉塞されており、圧力水供給管路１２からの圧力水の供給が停止されると共に、排水管路５４への排水も停止した状態となる。
【００５２】
一方、通路７４ａと７４ｂとの間に形成された隔壁７４ｃの外周幅寸法Ｌは、ポートＰ１〜Ｐ４の内径寸法Ｄよりも小さい（Ｌ＜Ｄ）ので、隔壁７４ｃがポートＰ１、Ｐ３を密閉せずに、通路７４ａ，７４ｂが僅かな隙間Ｓを介してポートＰ１とＰ３との間を連通している。
【００５３】
また、弁体７４が図３に示す位置からさらに９０度回動したときは、通路７４ａ，７４ｂが僅かな隙間Ｓを介してポートＰ２とＰ４との間を連通する。
【００５４】
このことにより、シリンダ室３３Ａ〜３３Ｄに供給された圧力水の一部をポートＰ１，Ｐ３及び通路７４ａ，７４ｂを介して高圧側（圧力水供給側）から低圧側（排水側）へ逃がすことができる。これにより、弁体７４が各ポートＰ１〜Ｐ４を閉塞した時点での水撃（ウォータハンマーとも言う）の発生が防止され、ピストン３４Ａが上死点または下死点に達したときの振動が無くなり、ピストン３４Ａ〜３４Ｄの摺動方向（駆動方向）の切り替えがスムーズに行える。
【００５５】
また、切替弁５６，５７は、シリンダ室３３Ａ〜３３Ｄに供給される圧力水の分配を同時に切り替えており、且つシリンダ室３３Ａ〜３３Ｄからの排水の分配も切り替えており、ピストン３４Ａ〜３４Ｄが回転方向角度９０度の位相差で駆動される。そのため、クランクシャフト４２は、４個のピストン３４Ａ〜３４Ｄの往復動作により常に回転方向のトルクが付与されており、トルク変動が抑制されてスムーズな回転が発電機１６に伝達することが可能になる。
【００５６】
このように、圧力水分配部２８により圧力水供給管路１２から供給された圧力水の圧力によりピストン３４Ａ〜３４Ｄが往復動して発電機１６を駆動するため、圧力水の圧力を効率良く発電機１６の駆動力に変換して伝達することができ、発電効率をより高めることが可能になる。また、ピストン３４Ａ〜３４Ｄを駆動するのに使用した水のみを外部に排水するため、水車を用い構成のものよりも水資源を有効に利用することが可能になり、無駄に排水することがない。さらに、ピストン３４Ａ〜３４Ｄからの駆動力を圧力水分配部２８に伝達することでシリンダ室３３Ａ〜３３Ｄに圧力水を分配するため、圧力水以外の駆動源を必要とせず、圧力水を分配するための電気回路や電源などを設けないで済むので環境への影響を低減することが可能になる。
【実施例２】
【００５７】
図４は実施例２の切替弁駆動部８０及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。尚、図４において、上記実施例１と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図４に示されるように、切替弁駆動部８０は、カム駆動方式であり、クランクシャフト４２の端部に結合された楕円カム８２と、弁軸５８の端部に結合された回動レバー８４と、楕円カム８２と回動レバー８４との間に装架された伝達軸８６と、伝達軸８６の下端に結合されたローラ８８と、伝達軸８６の上端の連結ピン８６ａに回動可能に連結されたリンク９０とから構成されている。
【００５８】
伝達軸８６は、軸受９２により垂直方向に摺動可能に軸承されており、楕円カム８２の回動角度に応じて上下方向に往復動する。ローラ８８は、楕円カム８２の外周に摺接しており、楕円カム８２の短径部分に摺接しているときが最下位であり、楕円カム８２の長径部分に摺接しているときが最上位である。従って、伝達軸８６は、楕円カム８２が一回転する間に２往復する。
【００５９】
また、リンク９０の上端は、回動レバー８４の端部に連結ピン８４ａを介して回動可能に連結されており、ローラ８８が楕円カム８２の短径部分から長径部分に摺動する過程で回動レバー８４をＥ方向（時計方向）に９０度回動させ、ローラ８８が楕円カム８２の長径部分から短径部分に摺動する過程で回動レバー８４をＦ方向（反時計方向）に９０度回動させる。そして、回動レバー８４は、クランクシャフト４２の回転駆動力を伝達されて弁体７４を回動動作させるため、ピストン３４Ａ〜３４Ｄの摺動位置に連動するようにＥ方向またはＦ方向に回動する。このように、楕円カム８２の回転により上下方向に往復するローラ８８のストロークは、リンク９０の上端に連結された回動レバー８４の回動動作に変換させて切替弁５６，５７を切り替え動作して圧力水の供給先を切り替えることが可能になる。
【００６０】
従って、弁体７４は、切替弁駆動部８０によりＥ方向に９０度回動されることにより、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ２とを連通すると共にポートＰ３とＰ４とを連通する動作モードIになり、切替弁駆動部８０によりＦ方向に９０度回動されることにより、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ４とを連通すると共にポートＰ２とＰ３とを連通する動作モードIIになる。そして、回動レバー８４がＥ方向またはＦ方向に回動することで、上記動作モードIとIIとを交互に繰り返す。尚、弁体７４の回転は、切替弁駆動部８０を介してピストン３４Ａ〜３４Ｄと同期しているため、弁体７４はピストン３４Ａ〜３４Ｄが上死点または下死点に到達するのとほぼ同じタイミングで動作モードIからIIへ、あるいは動作モードIIからIへ切り替わるように切り替え動作を行なう。
【００６１】
ここで、図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照して切替弁５６，５７の弁体７４の回転位置に応じた動作について説明する。図５（Ａ）に示されるように、弁体７４は、通路７４ａによりポートＰ１とＰ２とを連通することで、圧力水供給管路１２からの圧力水がシリンダ室３３Ａの上室３３１に供給されると共に、通路７４ｂによりシリンダ室３３Ａの下室３３２の圧力水がポートＰ４とＰ３とを介して排水管路５４へ排水される。これにより、ピストン３４Ａは、上死点から下方に駆動される。
【００６２】
図５（Ｂ）に示されるように、弁体７４が図５（Ａ）に示す位置からＦ方向に角度２２．５度回動すると、ポートＰ１，Ｐ２の開口面積の半分が隔壁７４ｃにより閉塞される。また、ポートＰ３，Ｐ４も開口面積の半分が隔壁７４ｃにより閉塞される。これにより、圧力水の供給量が絞られると共に、排水量も絞られる。
【００６３】
図５（Ｃ）に示されるように、弁体７４が図５（Ａ）に示す位置からＦ方向に角度４５度回動すると、各ポートＰ１〜Ｐ４が弁体７４の隔壁７４c，７４dによって閉塞される。このとき、ピストン３４Ａは、下死点に達している。尚、この状態では、前述したように、隔壁７４ｃがポートＰ１、Ｐ３を密閉せずに、通路７４ａ，７４ｂが僅かな隙間を介してポートＰ１とＰ３との間を連通している（図３を参照）。
【００６４】
このことにより、シリンダ室３３に供給された圧力水の一部をポートＰ１，Ｐ３及び通路７４ａ，７４ｂを介して高圧側（圧力水供給側）から低圧側（排水側）へ逃がすことができ、弁体７４が各ポートＰ１〜Ｐ４を閉塞した時点での水撃の発生が防止される。
【００６５】
図５（Ｄ）に示されるように、弁体７４が図５（Ａ）に示す位置からＦ方向に角度６７．５度回動すると、弁体７４の隔壁７４c，７４dが各ポートＰ１〜Ｐ４を半開きの位置に回動するため、通路７４ａがポートＰ１とＰ４とを連通し、通路７４ｂがポートＰ２とＰ３とを連通する。これにより、圧力水供給管路１２からの圧力水が通路７４ａ、ポートＰ１,Ｐ４を通過してシリンダ室３３Ａの下室３３２に供給され、シリンダ室３３Ａの上室３３１に供給された圧力水が通路７４ｂ、ポートＰ２,Ｐ３を通過して排水管路５４へ排水される。そのため、ピストン３４Ａは、下死点から上方に押し下げられ、ピストンロッド３６Ａ及びコネクティングロッド３９Ａを上方へ駆動する。
【００６６】
図５（Ｅ）に示されるように、弁体７４が図５（Ａ）に示す位置からＦ方向に角度９０度回動すると、通路７４ａの開口がポートＰ１,Ｐ４と一致し、通路７４ｂの開口がポートＰ２,Ｐ３と一致する。このとき、ピストン３４Ａは上死点へ移動する。
【００６７】
このように、切替弁駆動部８０では、楕円カム８２の回転に伴って回動レバー８４をＥ方向またはＦ方向に回動して切替弁５６，５７を動作モードIまたはIIに動作させてシリンダ室３３Ａ〜３３Ｄの上室３３１または下室３３２に圧力水を供給することで、ピストン３４Ａ〜３４Ｄを往復駆動することが可能になる。
【００６８】
また、回動レバー８４をＥ方向に回動させる際は、上記とは逆に、図５（Ｅ）、図５（Ｄ）、図５(Ｃ)、図５(Ｂ)、図５(Ａ)の切り替え動作を行う。
【実施例３】
【００６９】
図６は実施例３の切替弁駆動部１００及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。尚、図６において、上記実施例１及び２と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図６に示されるように、切替弁駆動部１００は、往復型クランク式であり、クランクシャフト４２の端部に結合された回転板１０２と、弁軸５８の端部に結合された回動レバー８４と、回転板１０２と回動レバー８４との間に装架された伝達軸８６と、伝達軸８６の上端の連結ピン８６ａに回動可能に連結されたリンク９０と、伝達軸８６の下端の連結ピン８６ｂに回動可能に連結されたリンク１０４と、伝達軸８６を上下方向に摺動可能にガイドする軸受１０６とから構成されている。
【００７０】
また、切替弁駆動部１００では、回転板１０２が１８０度回動すると、回動レバー８４が９０度回動するように回転板１０２の半径及び回動レバー８４の長さが決められている。
【００７１】
回転板１０２の回転は、リンク１０４、伝達軸８６、リンク９０を介して回動レバー８４に伝達され、弁体７４の回動動作に変換される。そのため、切替弁５６，５７は、回動レバー８４の回動により切り替え動作して圧力水の供給先を切り替える。
【００７２】
従って、弁体７４は、切替弁駆動部１００によりＥ方向に９０度回動されることにより、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ２とを連通すると共にポートＰ３とＰ４とを連通する動作モードIになり、切替弁駆動部１００によりＦ方向に９０度回動されることにより、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ４とを連通すると共にポートＰ２とＰ３とを連通する動作モードIIになる。そして、回動レバー８４がＥ方向またはＦ方向に回動することで、上記動作モードIとIIとを交互に繰り返す。尚、弁体７４の回転は、切替弁駆動部１００を介してピストン３４Ａ〜３４Ｄと同期しているため、弁体７４はピストン３４Ａ〜３４Ｄが上死点または下死点に到達するのとほぼ同じタイミングで動作モードIからIIへ、あるいは動作モードIIからIへ切り替わるように切り替え動作を行なう。
【００７３】
尚、弁体７４の動作は、前述した実施例２のもの（図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照）と同様であり、その説明は省略する。
【実施例４】
【００７４】
図７は実施例４の切替弁駆動部１１０及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。尚、図７において、上記実施例１乃至３と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図７に示されるように、切替弁駆動部１１０は、回転型ロッド式であり、クランクシャフト４２の端部に結合された回転板１０２と、弁軸５８の端部に結合された回動レバー８４と、回転板１０２と回動レバー８４との間に装架された伝達軸８６と、伝達軸８６の上端の連結ピン８６ａと、伝達軸８６の下端の連結ピン８６ｂとから構成されている。
【００７５】
また、切替弁駆動部１１０では、伝達軸８６の端部が連結ピン８６ａ，８６ｂを介して回動レバー８４、回転板１０２に直接連結されているので、回転板１０２と回動レバー８４との半径比が１：１の関係となるように回転板１０２の半径及び回動レバー８４の長さが同一寸法に決められている。
【００７６】
従って、回転板１０２の回転は、伝達軸８６を介して直接回動レバー８４に伝達され、弁体７４の回転動作に変換される。そのため、切替弁５６，５７は、回動レバー８４の回動により切り替え動作して圧力水の供給先を切り替える。
【００７７】
従って、弁体７４は、切替弁駆動部１１０によりＥ方向に９０度回動されることにより、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ２とを連通すると共にポートＰ３とＰ４とを連通する動作モードIになり、切替弁駆動部１１０により更にＥ方向に９０度回動されることにより、通路７４ａ，７４ｂがポートＰ１とＰ４とを連通すると共にポートＰ２とＰ３とを連通する動作モードIIになる。そして、回動レバー８４が更に時計方向に回動することで、上記動作モードIとIIとを交互に繰り返す。尚、弁体７４の回転は、切替弁駆動部１１０を介してピストン３４Ａ〜３４Ｄと同期しているため、弁体７４はピストン３４Ａ〜３４Ｄが上死点または下死点に到達するのとほぼ同じタイミングで動作モードIからIIへ、あるいは動作モードIIからIへ切り替わるように切り替え動作を行なう。
【００７８】
尚、弁体７４の動作は、前述した実施例２のもの（図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照）と同様であり、その説明は省略する。
【実施例５】
【００７９】
図８は実施例５の切替弁駆動部１２０及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。尚、図８において、上記実施例１乃至４と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図８に示されるように、切替弁駆動部１２０は、圧力水が供給されるアクチュエータ１２２と、アクチュエータ１２２に圧力水を供給するパイロット弁１２４と、パイロット弁１２４のスプール１２６を駆動するソレノイド１２８，１３０と、ソレノイド１２８，１３０をオン・オフする制御回路１３１と、クランクシャフト４２の回転位置を検出する回転位置検出部１３２とを有する。
【００８０】
アクチュエータ１２２は、圧力水によりピストン１３４がシリンダ１３６内を摺動するピストン・シリンダ機構からなり、ピストン１３４の軸方向に延在するピストンロッド１３５がシリンダ１３６の上部隔壁を貫通している。ピストンロッド１３５の端部には、リンク１３８の下端が連結ピン１３８ｂを介して回動可能に連結され、リンク１３８の上端が連結ピン１３８ｂを介して切替弁５６，５７の回動レバー８４に連結されている。
【００８１】
パイロット弁１２４は、圧力水供給管路１４０から圧力水を供給される供給室１２４ａと、排水管１４２に連通された一対の排水室１２４ｂ，１２４ｃとを有する。また、パイロット弁１２４は、連通管路１４４，１４６を介してアクチュエータ１２２のシリンダ室１３６ａ，１３６ｂに連通されている。そして、供給室１２４ａ及び排水室１２４ｂ，１２４ｃは、夫々スプール１２６の大径部１２６ａ，１２６ｂにより画成されており、この大径部１２６ａ，１２６ｂが移動することにより圧力水の供給先及び排出元が切り替えられる。
【００８２】
また、スプール１２６は、軸方向に延在する軸１２６ｃ，１２６ｄがパイロット弁１２４の上下端部を貫通している。パイロット弁１２４の上端及び下端には、スプール１２６を駆動するソレノイド１２８，１３０が設けられている。ソレノイド１２８，１３０は、電磁コイル１２８ａ，１３０ａと、軸１２６ｃ，１２６ｄの端部に設けられた鉄心１２８ｂ，１３０ｂとから構成されている。
【００８３】
制御回路１３１は、回転位置検出部１３２の上死点リミットスイッチ１３２ａ，下死点リミットスイッチ１３２ｂからの検出信号に基づいて電磁コイル１２８ａ，１３０ａへの通電をオンまたはオフに切り替えている。上死点リミットスイッチ１３２ａ，下死点リミットスイッチ１３２ｂは、クランクシャフト４２の回転をクランク機構（図示せず）を介して伝達されて上下動する位置検出ロッド１３３の上端位置によってオンまたはオフに切り替わるスイッチである。
【００８４】
ソレノイド１２８，１３０は、制御回路１３１により電磁コイル１２８ａ，１３０ａへの通電がオンになると、電磁コイル１２８ａ，１３０ａが励磁され、鉄心１２８ｂ，１３０ｂを電磁的に吸引するように吸引力を発生する。尚、本実施例では、スプール１２６の軸１２６ｃ，１２６ｄがパイロット弁１２４の上端及び下端を貫通しており、且つ大径部１２６ａ，１２６ｂの受圧面積が同じであるので、スプール１２６を軸方向に駆動する際の圧力による負荷が殆ど無く、ソレノイド１２８，１３０の駆動力も小さくて済み、電磁コイル１２８ａ，１３０ａに印加される電圧が小さくてもスプール１２６を軸方向に移動させることが可能になる。
【００８５】
図８に示すスプール１２６は、圧力水供給管路１４０と連通管路１４４，１４６の何れか一方を連通する上端位置または下端位置に移動している。例えば、パイロット弁１２４の上端に設けられたソレノイド１２８が励磁されてスプール１２６を上方に移動させると、供給室１２４ａを介して圧力水供給管路１４０と連通管路１４４とが連通され、シリンダ室１３６ａに圧力水が供給される。また、シリンダ室１３６ｂは、連通管路１４６、排水室１２４ｃを介して排水管１４２に連通される。そのため、アクチュエータ１２２のピストン１３４は、下方に駆動され、ピストンロッド１３５及びリンク１３８を介して切替弁５６，５７の回動レバー８４をＦ方向に回動させる。
【００８６】
また、パイロット弁１２４の下端に設けられたソレノイド１３０が励磁されてスプール１２６を下方に移動させると、供給室１２４ａを介して圧力水供給管路１４０と連通管路１４６とが連通され、シリンダ室１３６ｂに圧力水が供給される。また、シリンダ室１３６ａは、連通管路１４４、排水室１２４ｂを介して排水管１４２に連通される。そのため、アクチュエータ１２２のピストン１３４は、上方に駆動され、ピストンロッド１３５及びリンク１３８を介して切替弁５６，５７の回動レバー８４をＥ方向に回動させる。
【００８７】
このように、切替弁駆動部１２０では、アクチュエータ１２２への圧力水の供給先を切り替えることでピストン１３４を往復駆動し、このピストン駆動力により回動レバー８４をＥ方向またはＦ方向に回動して切替弁５６，５７を動作モードIまたはII（図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照）に動作させてシリンダ室３３Ａ〜３３Ｄの上室３３１または下室３３２に圧力水を供給することで、ピストン３４Ａ〜３４Ｄを往復駆動することが可能になる。
【００８８】
尚、本実施例の切替弁駆動部１２０では、ソレノイド１２８，１３０を励磁する電磁式のため、制御回路１３１に電源を供給しているが、スプール１２６の駆動力が小さく済むので、ソレノイド１２８，１３０が小型で省電力化されている。
【００８９】
また、制御回路１３１の電源としては、充電式バッテリを用いることもできるので、発電機１６によって発電された電力の使用量が減少する時間帯に発電機１６からの電力でバッテリを充電しても良い。
【００９０】
本実施例のアクチュエータ１２２は、ピストン・シリンダ機構を一例として挙げたが、これに限らず、揺動式アクチュエータ等を用いても良いのは勿論である。
【実施例６】
【００９１】
図９はピストン・シリンダ機構の変形例１を示す正面縦断面図である。図１０はピストン・シリンダ機構の変形例１を示す側面図である。図１１はピストン・シリンダ機構の変形例１を示す横断面図である。尚、図９乃至図１１において、前述した実施例と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
図９乃至図１１に示されるように、変形例１のピストン・シリンダ機構２００は、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄが所謂水平対向型に配置されており、クランクシャフト４２を中心として左右の水平方向に１８０度の角度で分散配置されている。本実施例では、架台２０２に搭載されたクランクケース２０４の左側面にピストン・シリンダ機構２４Ａ，２４Ｂが設けられ、クランクケース２０４の右側面にピストン・シリンダ機構２４Ｃ，２４Ｄが設けられている。
【００９３】
従って、ピストン・シリンダ機構２４の各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄは、クランクケース２０４の左右側面から水平方向に突出するように取り付けられており、各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄには、第１の給排水管路５０Ａ〜５０Ｄ、第２の給排水管路５２Ａ〜５２Ｄが接続されている。
【００９４】
各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄの内部には、ピストン３４Ａ〜３４Ｄが挿入されており、ピストン３４Ａ〜３４Ｄには、ピストンロッド３６Ａ〜３６Ｄが一体的に結合されている。ピストンロッド３６Ａ，３６Ｂは、クランクケース２０４の左側面からクランクケース２０４内部に挿入され、ピストンロッド３６Ｃ，３６Ｄは、クランクケース２０４の右側面からクランクケース２０４内部に挿入されており、軸延在方向上左方向と右方向から互い違いに挿入されるように配置されている。そして、ピストンロッド３６Ａ〜３６Ｄは、コネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄを介してクランク４０Ａ〜４０Ｄに連結され、ピストン３４Ａ〜３４Ｄの往復動をクランクシャフト４２に伝達する。
【００９５】
クランクシャフト４２は、軸受２０６により回転自在に軸承されており、軸受２０６は支柱２０８によりクランクシャフト４２が増速機４４及び発電機１６のロータの軸と同じ高さになるように支持されている。また、増速機４４及び発電機１６は、架台２０２上の高さ調整台２１０，２１２に搭載されている。
【００９６】
また、クランクシャフト４２の後部側は、増速機４４を介して発電機１６のロータを回転駆動する。クランクシャフト４２の前部側には、切替弁駆動部４８が設けられている。切替弁駆動部４８は、前述する実施例と同様に、クランクシャフト４２の回転力を切替弁５６,５７に伝達することで、切替弁５６,５７が図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すようにピストン３４Ａ〜３４Ｄの摺動位置に連動して各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄ内への圧力水の分配を行うことが可能になる。これにより、各ピストン３４Ａ〜３４Ｄが各シリンダ３２Ａ〜３２Ｄ内に供給された水圧により往復駆動されて発電機１６のロータを回転駆動することが可能になる。
【００９７】
ピストン・シリンダ機構２００は、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄが所謂水平対向型に配置されることにより装置全体の高さ寸法を低くすることが可能になり、例えば、地下室のような天井があまり高くないような空間にも容易に設置することができる。また、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄが架台３０の左右側面に配置されているので、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄの設置位置が低くなり、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄのメンテナンス作業が容易に行なえる。さらに、クランクケース２０４の上面には、開閉蓋(図示せず)が設けられており、コネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄ及びクランクシャフト４２を点検する際にピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄを外さずに済み、開閉蓋を開くことでコネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄ及びクランクシャフト４２の点検作業も容易に行なえる。
【実施例７】
【００９８】
図１２はピストン・シリンダ機構の変形例２を示す正面縦断面図である。図１３はピストン・シリンダ機構の変形例２を示す側面縦断面図である。尚、図１２及び図１３において、前述した実施例と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００９９】
図１２及び図１１に示されるように、変形例２のピストン・シリンダ機構３００は、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄが所謂垂直対向型に配置されており、クランクシャフト４２を中心として上下方向に１８０度の角度で分散配置されている。本実施例では、架台３０２に搭載されたクランクケース３０４の上面にピストン・シリンダ機構２４Ａ，２４Ｃが設けられ、クランクケース３０４の下面にピストン・シリンダ機構２４Ｂ，２４Ｄが設けられている。
【０１００】
そのため、ピストン・シリンダ機構２４Ｂ，２４Ｄは、架台３０２の上面に形成された凹部３０６に収納されるように取り付けられている。
【０１０１】
このピストン・シリンダ機構３００では、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄがクランクケース３０４の上下に配置されているので、設置スペースが小さくて済むと共に、クランクケース３０４の側面には、開閉蓋(図示せず)が設けられており、コネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄ及びクランクシャフト４２を点検する際にピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄを外さずに済み、開閉蓋を開くことでコネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄ及びクランクシャフト４２の点検作業も容易に行なえる。
【実施例８】
【０１０２】
図１４はピストン・シリンダ機構の変形例３を示す正面縦断面図である。図１５はピストン・シリンダ機構の変形例３を示す側面縦断面図である。尚、図１４及び図１５において、前述した実施例と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【０１０３】
図１４及び図１５に示されるように、変形例３のピストン・シリンダ機構４００は、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄが所謂Ｖ字型に配置されており、クランクシャフト４２を中心として斜め上方向に角度α（例えば、α＝４５度〜９０度）の角度で分散配置されている。本実施例では、架台４０２に上部に設けられた左側斜面にピストン・シリンダ機構２４Ａ，２４Ｂが設けられ、架台４０２に上部に設けられた右側斜面にピストン・シリンダ機構２４Ｃ，２４Ｄが設けられている。尚、増速機４４及び発電機１６は、床面に設置された高さ調整台２１０，２１２に搭載されている。
【０１０４】
このピストン・シリンダ機構４００では、架台４０２がコンパクトな構成にできるので、装置全体を小型化することができる。
【実施例９】
【０１０５】
図１６はピストン・シリンダ機構の変形例４を示す正面縦断面図である。図１７はピストン・シリンダ機構の変形例４を示す側面縦断面図である。尚、図１６及び図１７において、前述した実施例と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【０１０６】
図１６及び図１７に示されるように、変形例４のピストン・シリンダ機構５００は、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄが所謂星型に配置されており、クランクシャフト４２を中心として斜め上下左右方向に９０度間隔で放射状に分散配置されている。
【０１０７】
正面から見て正方形状に形成された架台５０２の上面には、ピストン・シリンダ機構２４Ａが設けられ、架台５０２の下面には、ピストン・シリンダ機構２４Ｂが設けられ、架台５０２の左側面には、ピストン・シリンダ機構２４Ｃが設けられ、架台５０２の右側面には、ピストン・シリンダ機構２４Ｄが設けられている。
【０１０８】
下面側に配置されたピストン・シリンダ機構２４Ｂは、架台５０２の凹部５０４に収納される。コネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄは、回動部材５０６の各ピン５０８に連結されており、回動部材５０６を介してクランク４０に回動可能に連結されている。尚、４本のピン５０８は、円板状に形成された回動部材５０６に９０度間隔の角度で設けられており、揺動動作するコネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｄ同士が干渉しないように取り付けられている。
【０１０９】
このピストン・シリンダ機構５００では、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｄが放射状に配置されるため、クランクシャフト４２の奥行き寸法が短くなり、その分装置全体を小型化することができる。
【実施例１０】
【０１１０】
図１８はピストン・シリンダ機構の変形例５を示す正面縦断面図である。図１９はピストン・シリンダ機構の変形例５を示す側面縦断面図である。尚、図１８及び図１９において、前述した実施例と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【０１１１】
図１８及び図１９に示されるように、変形例５のピストン・シリンダ機構６００は、８個のピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｈが所謂星型に配置されており、クランクシャフト４２を中心として斜め水平方向に４５度間隔で放射状に分散配置されている。また、ピストン・シリンダ機構６００では、クランクシャフト４２が垂直状態に保持されている。クランクシャフト４２は、下端が架台６０２上に搭載されたクランクケース６０４の下面に保持されたスラスト軸受６０６に軸承され、上端がクランクケース６０４の上面に保持された軸受６０８により軸承されている。
【０１１２】
また、クランクケース６０４の上面には、発電機１６を支持する発電機支持台６１０が固定されており、発電機支持台６１０の内部には、増速機４４が収納されている。
【０１１３】
８本のコネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｈは、回動部材５０６の各ピン５０８に連結されており、回動部材５０６を介してクランク４０に回動可能に連結されている。尚、８本のピン５０８は、円板状に形成された回動部材５０６に４５度間隔の角度で設けられており、揺動動作するコネクティングロッド３９Ａ〜３９Ｈ同士が干渉しないように取り付けられている。
【０１１４】
このピストン・シリンダ機構６００では、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｈが水平方向に放射状に配置されるため、ピストン・シリンダ機構２４が４個以上の増加しても隣り合うピストン・シリンダ機構２４同士が接近しないように配置できると共に、装置全体を小型化することができる。また、ピストン・シリンダ機構２４Ａ〜２４Ｈはクランクケース６０４の外周から水平方向に突出するように配置されているので、メンテナンス作業がやりやすくなっており、ピストン・シリンダ機構２４が増加してもメンテナンスが容易に行なえる。
【０１１５】
尚、変形例５では、切替弁駆動部４８は、クランクシャフト４２の回転をタイミングベルト６４を介して切替弁５６，５７の弁軸５８に伝達するように構成されている。
【０１１６】
また、架台６０２の内部には、第１の給排水管路５１及び第２の給排水管路５２が引き出されており、架台６０２が第１の給排水管路５１及び第２の給排水管路５２を外部に引き出すための配管用空間として機能している。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
尚、上記実施例の圧力水は、例えば、高所から低所への落差から得られる位置エネルギによる圧力で加圧されるため、山間部の貯水池からの圧力水に限らず、ビルの屋上に雨水を貯める貯水槽を設け、ビルの地下に水圧発電システム１０を設置して貯水槽から落下された水圧により発電するようにしても良い。この場合、貯水槽の貯水量によって発電可能時間が制限されるため、例えば、地震発生時等の電力会社からの電力供給が停止した緊急時に発電を行う予備の発電設備として使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明になる水圧発電システムの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】切替弁駆動部４８及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。
【図３】ピストンが上死点または下死点に達したときの弁体７４の動作状態を示す図である。
【図４】実施例２の切替弁駆動部８０及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。
【図５】切替弁５６，５７の弁体７４の回転位置に応じた動作を説明する図である。
【図６】実施例３の切替弁駆動部１００及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。
【図７】実施例４の切替弁駆動部１１０及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。
【図８】実施例５の切替弁駆動部１２０及び切替弁５６，５７の構成を模式的に示す図である。
【図９】ピストン・シリンダ機構の変形例１を示す正面縦断面図である。
【図１０】ピストン・シリンダ機構の変形例１を示す側面図である。
【図１１】ピストン・シリンダ機構の変形例１を示す横断面図である。
【図１２】ピストン・シリンダ機構の変形例２を示す正面縦断面図である。
【図１３】ピストン・シリンダ機構の変形例２を示す側面縦断面図である。
【図１４】ピストン・シリンダ機構の変形例３を示す正面縦断面図である。
【図１５】ピストン・シリンダ機構の変形例３を示す側面縦断面図である。
【図１６】ピストン・シリンダ機構の変形例４を示す正面縦断面図である。
【図１７】ピストン・シリンダ機構の変形例４を示す側面縦断面図である。
【図１８】ピストン・シリンダ機構の変形例５を示す正面縦断面図である。
【図１９】ピストン・シリンダ機構の変形例５を示す側面縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  水圧発電システム
１２  圧力水供給管路
１６  発電機
１８  駆動装置
２０  発電ユニット
２４（２４Ａ〜２４Ｄ），２００，３００，４００，５００，６００  ピストン・シリンダ機構
２６  伝達機構
２８  圧力水分配部
３０  架台
３２Ａ〜３２Ｄ  シリンダ
３３Ａ〜３３Ｄ  シリンダ室
３４Ａ〜３４Ｄ  ピストン
３６Ａ〜３６Ｄ  ピストンロッド
３６Ａ〜３６Ｄ  ピストンロッド
３９Ａ〜３９Ｄ  コネクティングロッド
４０Ａ〜４０Ｄ  クランク
４２  クランクシャフト
４４  増速機
４６Ａ〜４６Ｅ  軸受
４８,８０,１００,１１０,１２０  切替弁駆動部
５０Ａ〜５０Ｄ  第１の給排水管路
５２Ａ〜５２Ｄ  第２の給排水管路
５４  排水管路
５６  第１の切替弁
５７  第２の切替弁
５８  弁軸
６０  駆動側プーリ
６２  従動側プーリ
６４  タイミングベルト
７０  ケーシング
７４  弁体
８２  楕円カム
８４  回動レバー
８６  伝達軸
８８  ローラ
９０,１０４  リンク
１０２  回転板
１２２  アクチュエータ
１２４  パイロット弁
１２６  スプール
１２８，１３０  ソレノイド
１３１  制御回路
１３２  回転位置検出部
１３２ａ  上死点リミットスイッチ
１３２ｂ  下死点リミットスイッチ
１３３  位置検出ロッド
１３４  ピストン
１３６  シリンダ
１３８  リンク
１４０  圧力水供給管路
１４２  排水管
１４４，１４６  連通管路
【図１】
2007071030.tif 000003
【図２】
2007071030.tif 000004
【図３】
2007071030.tif 000005
【図４】
2007071030.tif 000006
【図５】
2007071030.tif 000007
【図６】
2007071030.tif 000008
【図７】
2007071030.tif 000009
【図８】
2007071030.tif 000010
【図９】
2007071030.tif 000011
【図１０】
2007071030.tif 000012
【図１１】
2007071030.tif 000013
【図１２】
2007071030.tif 000014
【図１３】
2007071030.tif 000015
【図１４】
2007071030.tif 000016
【図１５】
2007071030.tif 000017
【図１６】
2007071030.tif 000018
【図１７】
2007071030.tif 000019
【図１８】
2007071030.tif 000020
【図１９】
2007071030.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月13日(2006.1.13)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
圧力水を供給する圧力水供給管路と、
該圧力水供給管路から供給された圧力水によりピストンがシリンダ内を往復動して前記発電機を駆動するピストン・シリンダ機構と、
前記ピストン・シリンダ機構からの回転駆動力の一部を伝達されることで前記シリンダ内へ供給される圧力水の分配を自動的に切り替える圧力水分配手段と、を有し、
前記圧力水分配手段は、
前記シリンダの一室に連通された第１の給排水管路と、
前記シリンダの他室に連通された第２の給排水管路と、
前記シリンダから排出された水を外部に排水する排水管路と、
前記圧力水供給管路と前記第１の給排水管路または前記第２の給排水管路の何れか一方を連通し、前記排水管路と前記第２の給排水管路または前記第１の給排水管路の何れか他方を連通する切替弁と、
前記ピストンの動作に連動して前記切替弁を切り替え動作させる弁駆動手段と、を有し、
前記切替弁は、
前記圧力水供給管路が連通された第１ポートと、
前記第１の給排水管路が連通された第２ポートと、
前記排水管路が連通された第３ポートと、
前記第２の給排水管路が連通された第４ポートと、
前記第１ポートを前記第２ポートまたは前記第４ポートの何れか一方に連通すると共に、前記第３ポートを前記第４ポートまたは前記第２ポートの何れか他方に連通するように動作する弁体と、
を有することを特徴とする水圧発電システム。
【請求項２】
前記切替弁は、前記圧力水を供給されて駆動されるアクチュエータの駆動力を伝達されており、前記ピストンの動作に連動して前記アクチュエータが駆動されて切り替え動作することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項３】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸と平行な方向に一列に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項４】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として１８０度の角度で対向配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項５】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸を中心としてＶ字状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項６】
前記ピストン・シリンダ機構は、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として放射状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項７】
前記駆動軸を垂直方向に起立した状態で回転可能に支持し、
前記複数のシリンダを水平方向に放射状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の水圧発電システム。
【請求項８】
前記圧力水分配手段は、前記複数のピストンの夫々が所定の位相差で動作するように圧力水を前記複数のシリンダに分配することを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の水圧発電システム。
【請求項９】
前記切替弁は、前記複数のシリンダのうち一対のシリンダに連通されており、前記ピストンの動作に連動して前記一対のシリンダに供給される圧力水の機構の駆動力を伝達されて切り替え動作することを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の水圧発電システム。
【請求項１０】
前記駆動軸は、前記複数のピストンの往復動による回転力を増速機により高速回転に変換して前記発電機に伝達する伝達機構を構成することを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の水圧発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項１記載の発明は、発電機と、圧力水を供給する圧力水供給管路と、該圧力水供給管路から供給された圧力水によりピストンがシリンダ内を往復動して前記発電機を駆動するピストン・シリンダ機構と、前記ピストン・シリンダ機構からの回転駆動力の一部を伝達されることで前記シリンダ内へ供給される圧力水の分配を自動的に切り替える圧力水分配手段と、を有し、
前記圧力水分配手段は、
前記シリンダの一室に連通された第１の給排水管路と、
前記シリンダの他室に連通された第２の給排水管路と、
前記シリンダから排出された水を外部に排水する排水管路と、
前記圧力水供給管路と前記第１の給排水管路または前記第２の給排水管路の何れか一方を連通し、前記排水管路と前記第２の給排水管路または前記第１の給排水管路の何れか他方を連通する切替弁と、
前記ピストンの動作に連動して前記切替弁を切り替え動作させる弁駆動手段と、を有し、
前記切替弁は、
前記圧力水供給管路が連通された第１ポートと、
前記第１の給排水管路が連通された第２ポートと、
前記排水管路が連通された第３ポートと、
前記第２の給排水管路が連通された第４ポートと、
前記第１ポートを前記第２ポートまたは前記第４ポートの何れか一方に連通すると共に、前記第３ポートを前記第４ポートまたは前記第２ポートの何れか他方に連通するように動作する弁体と、
を有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記切替弁が、前記圧力水を供給されて駆動されるアクチュエータの駆動力を伝達されており、前記ピストンの動作に連動して前記アクチュエータが駆動されて切り替え動作することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸と平行な方向に一列に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として１８０度の角度で対向配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項５記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸を中心としてＶ字状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項６記載の発明は、前記ピストン・シリンダ機構が、前記複数のシリンダが駆動軸を中心として放射状に配置され、クランク機構を介して前記複数のピストンの往復運動を前記駆動軸の回転運動に変換することを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項７記載の発明は、前記駆動軸を垂直方向に起立した状態で回転可能に支持し、前記複数のシリンダを水平方向に放射状に配置したことを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項８記載の発明は、前記複数のピストン・シリンダ機構が、前記複数のピストンの夫々が所定の位相差で動作するように圧力水を前記複数のシリンダに分配することを特徴とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項９記載の発明は、前記切替弁が、前記複数のシリンダのうち一対のシリンダに連通されており、前記ピストンの動作に連動して前記一対のシリンダに供給される圧力水の機構の駆動力を伝達されて切り替え動作することを特徴とする。
る。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項１０記載の発明は、前記駆動軸が、前記複数のピストンの往復動による回転力を増速機により高速回転に変換して前記発電機に伝達する伝達機構を構成することを特徴とする。