(57)【要約】  水力発電装置のハウジングの一部は、環状のトンネルの形態をなす。ブレード付きホイールが支持されている環状支持ガイドは複数の垂直支柱に固定される。トンネルの環状構造は、複数の張設部材を介して中央軸受に連結され、複数の容器のうちには、一定量の空気を含む容器と、可変量の空気を含む容器とがある。各ホイールセクタにおいて、ブレード付きホイールは、ホイールの外縁及び内縁の外側において複数の垂直支柱に固定され、水平回転軸及び垂直回転軸の両方を有し、ホイールとトンネルの環状支持ガイドとの間に介在する複数のばねとともに設けられる、複数列をなす複数の支持ローラと、各ホイールセクタにおいて、ホイールの外縁側に配置される複数の垂直支柱に固定されるとともに回転式マニピュレータに連結された複数のチェーンを引っ張ることを可能にする複数のギアセクタと、ブレード付きホイールが回転するときに発電可能な発電機と、を有する。
2018526582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直回転軸及び複数の回転ブレードを有するブレード付きホイールを支持する環状支持ガイドを含むハウジングと、
チェーン伝導の従動スプロケット支持体と、
前記ブレード付きホイールを通過する水流を形成するための複数のディフューザと、
空気量を調整可能な容器と、
複数のアンカーギアと、
を備えるダムレス水力発電装置であって、
前記水力発電装置の前記ブレード付きホイールが配置される前記ハウジングの一部は環状のトンネルの形態をなし、
複数の支持ローラを介して前記ブレード付きホイールが支持される複数の前記環状支持ガイドは、複数の列をなすように前記トンネル内の両側に配置された複数の垂直支柱に固定されており、
環状前記トンネルの構造は、自転車のホイールスポークに似た複数の張設部材を介して中央軸受に連結され、
複数の前記容器のうちの一部の容器は、一定量の空気を含むことにより前記水力発電装置にゼロよりもわずかに小さい浮力を生じさせ、複数の前記容器のうちの他の容器は、可変量の空気を含むことにより前記水力発電装置を水流内に配置することを可能にし、
各ホイールセクタにおいて、前記ブレード付きホイールは、
ホイールの外縁及び内縁の外側において複数の前記垂直支柱に固定され、水平回転軸及び垂直回転軸の両方を有し、前記ホイールと前記トンネルの前記環状支持ガイドとの間に介在する複数のばねとともに設けられる、複数列をなす複数の支持ローラと、
各ホイールセクタにおいて、前記ホイールの外縁側に配置される複数の前記垂直支柱に複数の列をなすように固定されるとともに、水中回転式マニピュレータに運動学的に連結された複数のチェーンを引っ張ることを可能にする複数のギアセクタと、
前記ブレード付きホイールが回転するときに水中で発電可能な発電機と、
を有する、ダムレス水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力発電業に関し、特に、重力によって流れる水（川、海及び海流）の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｇ．Ｉ．Ｏｚｅｒｏｖによる既知の「全気候型ダムレス水力発電装置」は、展開可能なブレードを有する水平ブレード付きホイールと、複数の円筒部分に分割され、相互に接触する複数のローラと複数の円形ガイドとを介して、支持体に対して回動可能に取り付けられた縦型ハウジングと、を備え、複数の円形ガイドは、複数の外側回転ステップ・オープニングブレードに連結され、それらの複数の回転軸は、互いに同じ角度でずれていくように配置されている。主発電機および予備発電機は、支持体に取り付けられているとともに、機械的な動力伝動機構を介してハウジングおよび歯車に連結されている。そのハウジングの内部には、複数の外側回転ブレードの延長部分である複数の格子と、格子上に緩く固定されたフラップによって形成された複数の内側固定ブレードとが設けられている。複数の外側ブレードは、複数の内側ブレードが機能しない状態で重なり、その機能が有効になったときに速やかに起動するように、設けられている（特許文献１参照）。
【０００３】
この技術的解決手段には、以下のような課題がある。水底の土壌など、研磨材のような粒子が活発に流動している流路の底に水力発電装置を配置すると、摩擦が生じる機構部分の機能性に悪影響が生じ、そうした部分の摩耗を招く。発電装置の設計においては、接触部分の正確な運動学的相互作用（連結）を必要とする機構部分が存在する。こうした運動学的な機構が何段階も重なると、従来の水力発電装置の効率は低下する。
【０００４】
その性質及び得られる効果が最も近く、先行技術として想定されるのは、ブレード付きホイール及びハウジングを備えたダムレス水力発電装置であり、そのハウジングは、ハウジングの中央の垂直部分が支持体に取り付けられ、必要に応じて水または空気で満たされた中空の密封されたシリンダの形態に形成され、そのシリンダに堅固に連結されるハウジングの水平部分は、複数の羽根付きホイール支持ローラのための環状支持ガイドと、中空シリンダの周りを回転可能なブレード付きホイールと、ブレード付きホイールから発電機へのトルク伝達のための機構の第１段階のスプロケット支持体と、入力及び出力ディフューザとして作用する複数のサイドバリアと、を担持するトラスの形態に形成される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】露国特許第１，８３６，５８６号明細書
【特許文献２】露国特許第２，５４３，３６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このダムレス水力発電装置を大容量電源装置としての使用する場合、重要な設計課題の主なものとして、駆動軸を駆動するためのチェーン駆動を先行技術に記載された機構に従って配置すると、ブレード付きホイールの高さに沿った動力負荷の均一な分布を確保することができず、構造要素の歪み及び変形を引き起こすおそれがある点が挙げられる。
【０００７】
このダムレス水力発電装置の第２の重要な設計課題は、羽根付きホイール支持体は、水平回転軸を有する複数のローラを介して環状ガイド上に載置されるにすぎないため、ハウジングの外縁に向かうホイールの変位に対して十分に抵抗することができず、ガイドが高圧にさらされることになる点である。
【０００８】
このダムレス水力発電装置の第３の重要な設計課題は、垂直回転軸を有する複数のローラとシリンダ表面との均一かつ緊密な接触を確保することができない点である。
このダムレス水力発電装置の第４の重要な設計課題は、単位容量の大きい水力発電装置において、直径及び高さが大きい単一のシリンダを使用することは、経済的な製造技術とはいえず、電源装置の構造要素として適切でない、という点である。
【０００９】
本発明の目的は、ブレード付きホイールの荷重によって環状支持ガイドにかかる圧力を減少させることによって、互いに接触するブレード付きホイールと装置のハウジングとの間で生じる力を合理的に分布させ、チェーン駆動により伝達される力のためにブレード付きホイールが歪んだり変形したりすることを防止し、ホイールが水平方向にずれることを防止し、水力発電装置をその運転位置へ輸送して水流中へ配置するための運搬の間を含めて、複数の容器を合理的に使用し、発電に関する構造の特定の材料消費を低減し、装置のメンテナンス及び修理を容易かつ簡素にし、適切に構造を変化させることによって単位容量の大きい発電装置を創作することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するダムレス水力発電装置は、垂直回転軸及び複数の回転ブレードを有するブレード付きホイールを支持する環状支持ガイドを含むハウジングと、チェーン伝導の従動スプロケット支持体と、前記ブレード付きホイールを通過する水流を形成するためのディフューザと、空気量を調整可能な容器と、複数のアンカーギアと、を備え、前記ブレード付きホイールが配置される前記水力発電装置の前記ハウジングの一部は環状のトンネルの形態をなし、前記ブレード付きホイールが複数の支持ローラによって支持される前記環状支持ガイドは、前記トンネル内の両側において複数列をなすように複数の垂直支柱に固定されており、前記トンネルの環状構造は、自転車のホイールスポークに似た複数の張設部材を介して中央軸受に連結され、複数の前記容器のうちの一部の容器は、一定量の空気を含むことにより前記水力発電装置にゼロよりもわずかに小さい浮力を生じさせ、複数の前記容器のうちの他の容器は、可変量の空気を含むことにより前記水力発電装置を水流内に配置することを可能にし、各ホイールセクタにおいて、前記ブレード付きホイールは、ホイールの外縁及び内縁の外側において複数の前記垂直支柱に固定され、水平回転軸及び垂直回転軸の両方を有し、前記ホイールと前記トンネルの前記環状支持ガイドとの間に介在する複数のばねとともに設けられる、複数列をなす複数の支持ローラと、ホイールの外縁側の前記垂直支柱に複数の列をなすように固定されるとともに、水中回転式マニピュレータに運動学的に連結された複数のチェーンを引っ張ることを可能にする複数のギアセクタと、前記ブレード付きホイールが回転するときに水中で発電可能な発電機と、を有する。
【００１１】
提供される技術的解決手段は、以下の点で従来技術と異なる。すなわち、ブレード付きホイールが配置されているハウジングの一部の構成と、互いに接触するハウジングとブレード付きホイールとの間の複数の機構部分とは、修正された構造機構に従って実施され、力の相互作用を変化させるブレード付きホイールを通過する水流の領域に配置される、構造的に異なる複数の接触部分を通じて、ブレード付きホイールの構造の歪みを防ぎ、幾何学的寸法の大きなダムレス水力発電装置を作ることを可能にする。
【００１２】
特に、ハウジングは、環状のトンネルの形態で設けられ、そこにある複数の垂直支柱は、環状支持ガイドの作用及びブレード付きホイールの重量並びにブレード付きホイールに作用する水流の圧力によって引き起こされる負荷にさらされる。ハウジングの剛性は、自転車のスポークに似た張設部材によって補強され、それにより、ダムレス水力発電所を設置する際に、トンネル構造内縁の円周の形状を修正することが可能になる。
【００１３】
ブレード付きホイールは、環状の形状をなし、ブレード付きホイールを通過する水流の領域内において、ブレード付きホイールの各セクタ内の両側の縁にある複数の垂直支柱の上に設けられ、各セクタは、複数の列をなして並ぶ複数の支持ローラの複数のばねを含み、複数の支持ローラは水平回転軸及び垂直回転軸の両方を有し、ブレード付きホイールはそれら複数の支持ローラを介してトンネル内の両側に位置する環状支持ガイドと互いに接触する。加えて、各セクタにおいて外縁側の垂直支柱を通過する水流の領域において、ブレード付きホイールは、ステップチェーンの対応する数の延長部分を引っ張るためのギアセクタを含む。ホイール縁部の内面は閉じられ、ブレード付きホイールのための停止部が複数の支柱に設けられる。
【００１４】
ブレード付きホイールから発電機へのトルク伝達の運動学的な機構は、最後の高速段階での回転抵抗を低減するための回転マルチプライヤを含む。
水力発電装置をその運転場所に運び、水流の中でその位置に引き留めるために、装置に「ゼロ」よりもわずかに小さい浮力を生じさせる一定量の空気を含む複数の容器と、可変量の空気を含む複数の容器とは、単一の大きな容器を備える従来技術の１つよりも、技術的な解決手段をもたらすものとして提案される。
【００１５】
先行技術に対するこれら相違点は全て、構造材料の強度によってのみ制約を受ける、幾何学的寸法が大きく、単位容量の大きいダムレス水力発電装置を作り出すことを可能にする。
【００１６】
提供される技術的解決手段において、これら複数の顕著な特徴は、１つの物を部分的に特徴づけるものではなく、それぞれが機能を備えた物自体となり得る。それ故、それらは他の部分（特徴）と別個に分類されず、既知の技術的解決手段とは異なる本発明の請求項の特徴的な部分に与えられた一連の特徴は、先行技術の特許書類並びに科学的及び技術的情報源を含む他の情報源において見い出されない。したがって、提供される技術的解決手段は、進歩性の基準を満たす。
【００１７】
提供される技術的解決手段のさらなる実施形態は、以下の図面を用いて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ダムレス水力発電装置の複数の部分及びそれらの機能的な機構を示す概略上面図。
【図２】図１の概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示のダムレス水力発電装置はハウジング１を備え、ハウジング１は、複数の回転ブレード４を有するブレード付きホイール３を収容するためのトンネル２の形態で設けられる環状部分を有する。トンネル２の複数の垂直支柱５には、複数の環状支持ガイド６が設けられており、この環状支持ガイド６は、複数のばねとともに設けられる、水平回転軸と垂直回転軸の両方を有する複数の支持ローラ７を介して、ブレード付きホイール３を支持している。ブレード付きホイール３の外縁側に設けられた複数の垂直支柱８には、ブレード付きホイール３を通過する水流の領域内において、ブレード付きホイール３から軸１２上に設けられた複数のスプロケット１１へトルクを伝達するための運動機構の第１段階のステップチェーン１０を引っ張るためのギアセクタ９が設けられている。ステップチェーン１０の延長部分の張力は、張力付与装置１３によって制御される。軸１２の上端部にはギアセクタ９を備えたフレーム１４が設けられており、このギアセクタ９は、回転マルチプライヤ１７の軸に取り付けられた従動スプロケット１６に対してチェーン１５によりトルクを伝達するための運動機構の第２段階の大径の駆動スプロケットとして機能する。回転マルチプライヤ１７の回転は発電機１８に伝達される。
【００２０】
ダムレス水力発電装置のトンネル２の形態をなすハウジング１の環状部分の剛性は、トンネル２の梁の支柱を中央軸受２０に連結させる、自転車のスポークに似た梁張設部材１９によって補強されている。
【００２１】
ダムレス水力発電装置のハウジング１には、ブレード付きホイール３を通過する水流を形成するディフューザとして機能する複数のバリヤ２１と、一定量の空気を含むことにより水力発電装置全体の重量よりも幾分小さい浮力を生じさせる複数の密封容器２２と、可変量の空気を含むことにより水力発電装置を水流内に配置することを可能にする複数の密封容器２３とが設けられている。ダムレス水力発電所は、撓み変位可能な任意の既存の連結機構を有する複数のアンカーギア（図示略）により、水流の中の同じ場所に引き留められる。
【００２２】
ダムレス水力発電装置は、以下のように運用される。
複数のブレード４が動かないように固定されたダムレス水力発電装置は、空気量を変更可能な容器２３が完全に空気で満たされると、予めアンカーギアが取り付けられた運転場所まで、水に浮かせた状態で牽引される。運転場所において、水力発電装置は、撓み変位可能な連結機構を介してアンカーギアに連結され、流れに逆らうように（図1の矢印Ａに逆らうように）配向され、複数のブレード４の固定が解除され、発電機１８がケーブルに連結され、アンカーギアの撓み変位可能な連結機構の張力を調節するとともに容器２３に水を入れて調整することにより、必要な深さまで沈められる。水力発電装置は、アンカーギアの撓み変位可能な連結機構によってこの深さに引き留められ、アンカーギアは、流れの圧力及び複数の容器によって生み出される過度の揚力によって水力発電装置が動くことを防ぐ。バリヤ２１（ディフューザ）を通ってブレード付きホイール３内に（矢印Ａの方向に）流入した水流がブレード付きホイール３の作動部分の複数のブレード４に作用すると、それらは回転軸２４を中心に揺動してブレード付きホイール３の内縁側の垂直支柱２６に位置する停止部２５に可動端部が当接し、これにより、ブレード付きホイール３の複数のセクタ内にバケット空間が形成され（このセクタの側部はシートによって閉じられ、ブレード４はセクタの底部を覆う）、トンネル２内のその幾何学的な回転軸の周りで、ブレード付きホイール３に作用する水流の力の作用が増大する。加えて、水の流れ方向と反対方向に回転するブレード付きホイール３の受動部分にある複数のブレード４が、バケットの底部を開くような態様で、それぞれのセクタ内でそれぞれの軸２４を中心に回転することにより、ブレード付きホイール３の回転に対する抵抗が減少する。
【００２３】
インペラ３が回転すると、ブレード付きホイール３の外縁側に設けられた複数の垂直支柱８に取り付けられた複数のギアセクタ９がステップチェーン１０の複数の延長部分を引っ張り、これにより軸１２に取り付けられた従動スプロケット１１が回転し、その回転が発電機１８に運動学的に伝達される。
【００２４】
本発明の技術的な利点
本開示の技術的解決手段は、接触部分に作用する力の相互作用を改善することにより、ダムレス水力発電装置の適用分野を拡大させ、その技術的特性及び経済的特性を向上させ、また、ダムレス水力発電装置の製造、組立、調整並びに運転場所におけるメンテナンス及び補修の技術的有効性を向上させる。
【図１】
2018526582.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2018526582.tif 000005
2018526582.tif 000006