(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海や河川等の底に設置可能な基盤１上に立設した複数本の支柱２上に支持板３を水平状に設置、固定するとともに基盤１と支持板３間には回動板４を左右水平方向に回動可能に設置し、基盤１上には常態では水流に対向して向き、一方向に回転可能に設置した駆動水車１０に従って回転するピニオン１３により昇降するラック１４を設け、ラック１４の垂直上方に設けたシリンダ３０内を摺動するピストン３１に連結するロッド３３をラック１４上端に連結するとともに水の流通孔を開閉する逆止弁を設けたピストン３１の最上点位置の上方には水の流通孔を開閉する逆止弁を設けた弁体３２をシリンダ３０内に水平に固定し、シリンダ３０上方に連結板３４を介して連結する揚水管１７とシリンダ３０とは水を流通可能とし、揚水管１７は連結板３４上に立設した水圧管１６内に同心状に位置せしめるとともに水圧管１６と揚水管１７上端は貯水タンク１８内に開口して連結し、前記支持板３上の発電室３８に設けた発電用水車３９と水圧管１６下部側面とは水車入口弁４３を介して給水管４２により連結し、流水圧により回転する水車３９によって発電室３８内の発電機４０を作動させて送電可能とすることを特徴とする貯水式発電装置。
【請求項２】
回動板４には、駆動水車１０とは対抗する反対側下面に方向舵４９を設けた請求項１に記載する貯水式発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、海や河川等における低水頭域の流速エネルギーを利用して貯水タンクへ貯水し、落流水圧を利用して水車を回転し、発電機を作動させて水力発電として利用し得る貯水式発電装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
従来、潮位差発電として、例えば、フランスでは潮の干満を利用し、満潮時に貯水して水門を閉じ，干潮時に貯水面と海水面との落差を利用する水力発電技術が存在する。しかし、この技術は、揚水装置を用いず干満潮の１〜２サイクルの水頭の利用に止まるため干満潮の潮位差の少ない日本では水力発電としては利用されていない。
【０００３】
現在の大容量揚水装置としては電動式揚水ポンプを使用して高所へ貯水する技術があるが、貯水により位置水頭を利用して発電する場合、揚水ポンプの消費電力が貯水による発生電力を超えるため、実質的にはマイナス電力を発生するものであった。
【０００４】
また、特開昭５９−４１６７８号として開示される水力発電技術は、主軸２の周面に羽根板３を螺旋状に取り付けた螺旋羽根１と、ダイナモ４を収容する気密性を有するケーシング５とからなり、主軸２の先端をダイナモ４に接続するとともに流線型としたケーシング５の頂点を上流側に向けてアンカー９に接続する。
【０００５】
水流によって回転する螺旋羽根１の回転は、主軸２を介してダイナモ４に伝わるので発電を開始し、電流は導電線により地上に送られ電気器具や装置に供給される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この開示された従来技術は、低水頭（底面から１０ｍ未満の水流域）を利用して螺旋羽根１を回転させてダイナモ４により発電する方式であるが、揚水、貯水機能を有しない発電方式となっている。しかも螺旋羽根２の回転数が低いため低電圧小容量の発電に止まり、高圧な電力発電には利用できないものである。
【０００７】
本発明は、上記する従来技術の問題点に鑑み、海、河川等の未使用低水頭を利用することで高所への貯水を可能とし、高落差を利用して高速回転の水車発電を可能とする貯水式発電装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、海や河川等の底に設置可能な基盤１上に立設した複数本の支柱２上に支持板３を水平状に設置、固定するとともに基盤１と支持板３間には回動板４を左右水平方向に回動可能に設置し、基盤１上には常態では水流に対抗して向き、一方向に回転可能に設置した駆動水車１０に従って回転するピニオン１３により昇降するラック１４を設け、ラック１４の垂直上方に設けたシリンダ３０内を摺動するピストン３１に連結するロッド３３をラック１４上端に連結するとともに水の流通孔を開閉する逆止弁を設けたピストン３１の最上点位置の上方には水の流通孔を開閉する逆止弁を設けた弁体３２をシリンダ３０内に水平に固定し、シリンダ３０上方に連結板３４を介して連結する揚水管１７とシリンダ３０とは水を流通可能とし、揚水管１７は連結板３４上に立設した水圧管１６内に同心状に位置せしめるとともに水圧管１６と揚水管１７上端は貯水タンク１８内に開口して連結し、前記支持板３上の発電室３８に設けた発電用水車３９と水圧管１６下部側面とは水車入口弁４３を介して給水管４２により連結し、流水圧により回転する水車３９によって発電室３８内の発電機４０を作動させて送電可能とする。そして、回動板４には、駆動水車１０とは対抗する反対側下面に方向舵４９を設けてある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１において方形ブロック状とした基盤１上には４本の支柱２を立設し、各支柱２上には支持板３を水平状に設置、固定するとともに基盤１と支持板３のほぼ中間位置には円盤型の回動板４が支持板３と平行に配置してある。尚、支柱２は、補強材５によって立設状態を維持するようになっている。
【００１０】
回動板４は、回動板４の中央下面に固定する軸受６と、基盤１上に固定する軸受７との間に設けた回動軸８によって水平状態で左右に回動可能となっており、回動軸８及び上下軸受６、７間は管状の支持部材９で気密状態で覆ってある。
【００１１】
この回動板４上には揚水駆動機構が設置してある。
揚水駆動機構は、駆動水車１０、一対の噛み合い可能なギヤ１１、１２、ピニオン１３とラック１４、ラック１４の昇降により作動するシリンダ装置１５及び支持板３の上方に垂直に突設する水圧管１６内を通る揚水管１７等からなっており、水圧管１６上部に設置した貯水タンク１８に水を供給するようになっている。
【００１２】
駆動水車１０は、駆動軸１９に一枚の帯状の羽根板２０を螺旋状に巻き回したスクリュー羽根構造となっている。駆動軸１９は、回動板４の半径方向にそって立設した一対の軸受体２１に水平に架設し、螺旋状羽根板２０の回転に従って一方向に回転するようになっている。
【００１３】
図２に示すように、駆動軸１９の一端に設けたギヤ１１と噛み合うギヤ１２を有する従動軸２２は、駆動軸１９の延長線と平行であって、かつ、下方に配置してあり、従動軸２２の一端は前記の軸受体２１の片側の軸受体２１に連結するとともに他端は回動板４上に立設した他の軸受体２３に連結してある。ギヤ１１の回転によってギヤ１２が回転し、従動軸２２も同期して回転するようになっている。
【００１４】
従動軸２２の中間部には前記したピニオン１３が取り付けてあり、このピニオン１３に対抗する位置にラック１４が立設してある。ピニオン１３は、周面の一部にラック１４と噛み合う駆動歯２４を突設して形成するとともにその余は駆動歯２４の先端周面より小径であり、かつ、駆動歯２４の先端周面と同心円状の平滑面としてある。
【００１５】
ラック１４は、図３及び図４に示すように、回動板４上に設置した据付板２５上に立設したラックケース２６内において両面および上下に設置した複数の案内ローラ２７を介して垂直上下に昇降可能となっている。
【００１６】
ラックケース２６は、上面が開口してラック１４をケース２６の上方へ昇降可能とし、かつ、ケース２６の前面は縦長に開口しているので、この開口面２８を介してピニオン１３と噛み合い可能となっており、ラック１４上端には連結環２９が取り付けてある。
【００１７】
前記したシリンダ装置１５は、ラック１４の垂直上方において縦長に配設したシリンダ３０と、逆止弁を有する環状のピストン３１及び図１に示す逆止弁を有する環状の弁体３２とからなる。
【００１８】
シリンダ３０内を上下に摺動するピストン３１の下方に連結するロッド３３は前記したラック１４上端の連結環２９に連結してある。また、前記の弁体３２は、シリンダ３０内に水平状態で固定してあり、ピストン３１の最上点位置よりも上方に位置している。
【００１９】
ピストン３１及び弁体３２に設けた各逆止弁は下方からの水圧によって上方にのみ開放可能であり、常態では逆止弁により閉じているピストン３１及び弁体３２の流通孔を開口するようになっている。
【００２０】
図１に示すように、シリンダ３０の上端にはフランジを取り付けるとともに前記水圧管１６と揚水管１７の下端にもフランジが取り付けてあり、両フランジは、その間に設けた円形板状の連結板３４に固定してある。そして、両フランジと連結板３４の中央には揚水管１７とシリンダ３０とに連通する孔（図示せず）が形成してあり、揚水管１７とシリンダ３０とはこの孔を介して水が流通可能となっている。
【００２１】
揚水管１７は、連結板３４上に立設した水圧管１６の中心に位置して同心状態となっており、水圧管１６及び揚水管１７はともに貯水タンク１８の下面に開口状態で連結してある。尚、図面に表れていないが揚水管１７には上下に所定の間隔で小さな孔が貫通状態で複数形成してある。
【００２２】
貯水タンク１８の上面は開口して吸気口３５を形成し、この吸気口３５は防塵ネット３６で覆ってある。また、貯水タンク１８内に開口する揚水管１７の上方には、上に向けて拡開する緩衝用カバー３７が設けてある。そして、貯水タンク１８の水位は、図示しない水位検出器により上限及び下限の水位を常時検出可能となっている。
【００２３】
前記した支持板３上には箱型の発電室３８が設置してあり、発電室３８内には発電用水車３９、発電機４０、分電盤４１及び図示しない制御装置、グリスポンプ、計器等が設置してある。
【００２４】
水圧管１６の下部側面にはフランジを介して給水管４２が連結してあり、この給水管４２は水車入口弁４３を介して発電用水車３９に連結してある。給水管４２の中間部には弁付排水管４４が下向きに連結してあり、排水管４４の下端は開口してある。また、発電用水車３９のケースには吐出管４５が下向きの状態で連結してあり、吐出管４５の下端も開口しているので水車３９に供給された水は吐出管４５を通して排出される。
【００２５】
回動板４上においてラック１４の両側に２本の支柱４６が立設してあり、２本の支柱４６の上部には中空円筒体である防錆可能な収容函４７が設けてあり、収容函４７は前記した連結板３４の下側のフランジに連結してある。従って、シリンダ３０はこの収容函４７を通って下側フランジに接続してある。
【００２６】
収容函４７内にはスリップリング４８が設けてあり、一方の支柱４６の上端に正逆転可能に設けたカーボンブラシがスリップリング４８に圧接するようになっている。スリップリング４８は、収容函４７内を通るシリンダ３０を絶縁状態としてこのシリンダ３０外周に必要数巻き回したものである。また、カーボンブラシは支柱４６にホルダーを介して回転可能に取り付けてあり、負荷電流に耐え得る導電性を有している。
【００２７】
図中符号４９は、駆動水車１０とは対抗する反対側において回動板４の下面に回動可能に取り付けた方向舵であり、回動板４に設置した防水可能な方向舵作動装置５０内のモータにより方向舵４９は左右に回動可能となっている。尚、方向舵４９の回転に際し減速ギヤを使用すれば逆回転がし難く、また、減速比の少ない場合はウォームギヤを使用することができる。
【００２８】
また、回動板４には防水可能な送受信装置５１が設置してある。この送受信装置５１は、方向舵作動装置５０内のモータに電気的信号を送ってモータの駆動及び停止を可能とするものである。尚、２本の支柱４６間に設けた連結具５２を使用してシリンダ３０の下部を固定するようにしてもよい。
【００２９】
前記したスリップリング４８とカーボンブラシとの圧接、回転によって導通した電力及び電気信号は、前記した送受信装置５１に配線によって接続し、前記するモータに駆動及び停止の入力信号を送るようになっている。
【００３０】
また、調整後の方向舵４９の左右角度は、発電室３８の分電盤４１に配線によって接続し、分電盤４１の制御装置（図示せず）を経由して遠隔制御室（図示せず）と送受信することができる。また、分電盤４１の制御装置（図示せず）から弁の開閉を含め各操作はコンピュータ管理によって操作が可能である。
【００３１】
更には、分電盤４１からの電気的信号により前記した水車入口弁４３や弁付排水管４４の弁の開閉操作を行う。
【００３２】
本発明は上記の構成であり、次に発電機４０を作動させて電力を供給する操作について説明する。
基盤１は、海や河川等の底面上に設置し、発電装置全体を安定した状態で定置させる。この時、駆動水車１０は上流側、即ち、水流に対向する方向に向け、方向舵４９は駆動水車１０の下流側に位置させる。そして、水流の抵抗を受けないよう方向舵４９は常態では水流と平行な状態とするので駆動水車１０も水流と平行となる。
【００３３】
駆動軸１９に螺旋状に巻き回した羽根板２０は、水流の流速により自然に右回転し、ギヤ１１とギヤ１２の駆動伝達により従動軸２２は左回転し、ピニオン１３はラック１４を上昇させる方向に回転する。即ち、図２に示すように、ピニオン１３をＡ矢印方向に回転させれば、最下点位置にあるラック１４はピニオン１３の駆動歯２４との噛み合いにより上昇を開始する。
【００３４】
発電装置を水中にセットした時、少なくとも支持板３は水面上に位置しており、シリンダ３０の下部に開放する開口面から進入した水は、水圧によってピストン３１の逆止弁を押し開けてシリンダ３０内に侵入している。
【００３５】
この状態でラック１４が上昇し、ロッド３３を介してピストン３１を押し上げれば逆止弁が流通孔を閉じた状態となるのでシリンダ３０内の水を上昇させる。水の上昇圧により弁体３２の逆止弁を上方へ開放するので水は弁体３２の流通孔を通して上方に流入し、揚水管１７を通して貯水タンク１８に供給されることになる。
【００３６】
揚水管１７から水が貯水タンク１８内に流入する時、水は前記した緩衝用カバー３７の傾斜下面に当たり下方に案内され、水圧管１６と揚水管１７との間に形成される流通路５３へと流入することになる。
【００３７】
ラック１４が最上点位置に達するとピニオン１３との噛み合い連結が解かれ、ピニオン１３の平滑面がラック１４から離れるので、ラック１４は上昇停止の支持圧力がなくなって自重により落下することになる。
【００３８】
ラック１４の下降時において水圧によりピストン３１の逆止弁は上方へ押し開けられ水は開口した流通孔を通ってシリンダ３０内に流入する。この時、ピストン３１の上方にある弁体３２の下部は負圧を受けるので逆止弁は閉じ、弁体３２上部のシリンダ３０内の水が下方へ流出することはない。
【００３９】
尚、ラックケース２６の底面には緩衝部材を設けておけば、ラック１４の落下衝撃を和らげることができる。ただし、水中において落下するので急激なものではなく、必ずしも緩衝部材を必要とするものではない。
【００４０】
また、貯水タンク１８には吸気口３５が形成してあるので、ピストン３１上昇による貯水時は外部へ排気し、水圧管１６、揚水管１７、貯水タンク１８内の水位が減少する場合は吸気し、貯水タンク１８内の気圧を常に外気圧と同一に保つことができる。
【００４１】
駆動水車１０は連続して回転するのでピニオン１３も連続して回転し、駆動歯２４が一巡して最下点位置にあるラック１４と噛み合い、ラック１４を上昇させればピストン３１も上昇を開始してシリンダ３０内の水を上昇させ、同時に揚水管１７中の水を上昇させるので水は貯水タンク１８内に供給されることになる。
【００４２】
貯水タンク１８内に貯められた水は水圧管１６と揚水管１７との流通路５３を通って下方向に送られ、給水管４２を通り、開放した水車入口弁４３からの流水圧により発電用水車３９を回転させ、回転エネルギーによって発電機４０を駆動する。発電機４０で発電した電力は図示しないケーブルを利用して陸上に送電すればよい。発電機４０及び送電技術等は従来技術を使用することが可能である。
【００４３】
尚、揚水管１７内を水が上昇する時、前記のように揚水管１７には多数の小孔が形成しているので、水の一部はこの小孔を通して水圧管１６との流通路５３に流出し、貯水タンク１８から水が水圧管１６内に流入する前に水圧管１６内に水を貯めることができる。
【００４４】
上記のようにしてピストン３１の上昇、下降を連続して繰り返すことにより発電用水車３９を駆動し、発電機４０を作動させることができるので陸上に設置した種々の装置に送電が可能となる。
【００４５】
揚水量を調節するには方向舵４９を左右いずれかに回動させて駆動水車１０の向きを水流に対して傾斜させることで駆動水車１０の回転数を制御すればよく、従って、ラック１４の昇降速度を制御することで揚水量を加減することができる。
【００４６】
揚水を停止するには、ラック１４の最上点位置において、例えば、電磁プランジャを使用してストッパーを作動させてピストン３１の作動を停止すればよい。ピニオン１３が連続回転をしても空転状態となるのでラック１４はピニオン１３と噛み合うことはない。
【００４７】
また、発電用水車３９を停止して発電を中止するには、給水管４２下部の弁付排水管４４を開き、同時に水車入口弁４３を閉じればよく、流通路５４を通して給水管４２に送られた水は排水管４４を通して水中に放出される。
【００４８】
【数１】
例えば、日本近海の黒潮の流れは最大で２〜２．５ｍｓ−１達するものと考えられる。
直径１００ｍを超える流水の速度Ｖ：２ｍｓ−１、直径ｄ：５０ｍ（断面積Ｓ：１９６３ｍ２、長さＬ：１５０ｍの流水のエネルギーは次公式による。
水車の理論出力＝ｇＱρ０Ｈ（Ｗ）で表され、Ｈ＝ｖ２（２ｇ）−１に変換できる。流水のエネルギー（ｋｗ）＝［ｇ｛Ｓ（ｍ２）Ｌ（ｍ）ρ０（１０３Ｋｇｍ−３）ｓ−１｝
（Ｖｍｓ−１）２（２ｇ）−１］
ｋｗ＝［９．８ｍｓ−２｛（１９６３ｍ２×１５０ｍ）１０３ｋｇｍ−３ｓ−１｝（２ｍｓ−１）２（２×９．８ｍｓ−２）−１］
流水のエネルギー＝５８８，９００ｋＷ
但し、流水の断面積Ｓ＝πｄ２４−１、Ｓ＝π（５０ｍ）２４−１
Ｓ＝１９６３ｍ２、但し、ｇ：重力加速度９．８ｍｓ−２、Ｖ：流水の速度２ｍｓ−１、Ｓ：流水の断面積ｍ２、Ｌ：流水の長さｍ、ρ０：水の密度１０３Ｋｇｍ−３
この流水のエネルギーを水車に利用し、本発明の原理を利用すれば水のエネルギーに対し概算値５０％の貯水量が得られることになる。
【００４９】
前記した数１より直径１００ｍ以上の円形潮流の中心の流速２ｍｓ−１、直径ｄ：５０ｍ、長さ１５０ｍの場合の水の持つエネルギー（ｋｗ）＝｛ｇ（２ｍｓ−１）２（２ｇ）−１｝×｛１，９６３ｍ２×１５０ｍ×１０３ｋｇｍ−３）ｓ−１｝
水の持つエネルギー＝５８８，９００（ＫＷ）となる。
【００５０】
【数２】
上記と同一条件の流水中へ、同一断面積Ｓ＝１９６３ｍ２、同一長さＬ＝１５０ｍの２巻駆動水車１０を設置する時の概算値は次式による。
水車出力（ＫＷ）＝水の持つエネルギー（ＫＷ）ｃｏｓθη１
水車出力＝５８８，９００（ＫＷ）ｃｏｓ２５°×０．９
水車出力＝４８０，３５２（ＫＷ）
但し、θ：２５°とする時、η１：水車の効率０．９（１巻に比較し２巻の出力減衰を考慮）
【００５１】
上記式においてθを鋭角とすればトルクは増す一方、駆動水車１０の下流側において流速が減速するためθを過度に鋭角としても水車出力は低下するため、羽根板２０の長さの長いもの程傾斜角の設定に留意が必要となる。また、羽根板２０周囲の流水断面積の大小にもより出力は影響される。軸受損失を考慮し、特に、大出力水車の場合、軸受に自動給油可能な構成とすることが最も貯水効率の高い設備形成となる。
【００５２】
【数３】
２ｍｓ−１の流速におけるギヤレシオの概算値は次の式による。２巻駆動水車１０の傾斜角２５°の模型水車の無負荷実験では０．５ｍｓ−１ｎの流速において約２回転／秒（２Ｒｓ−１を得ている。駆動水車１０の回転数（Ｒｓ−１）は流速に比例することから、２ｍｓ−１の流速においては（２／０．５）ｍｓ−１×２Ｒｓ−１＝８Ｒｓ−１、全負荷時の回転数は無負荷時の回転数の１／２で高効率とすることから、全負荷時の定格回転数を１／２とすれば８Ｒｓ−１×１／２＝４Ｒｓ−１
【００５３】
ラック１４の落下時間を２秒に設定し、上昇時間を６秒にすれば、全負荷時のピニオン１３の作動は約８秒間に１回転となりピニオン１３の平滑面の長さは１周の１／４となり、ラック１４作動効率η２は３／４＝０．７５となる。ピニオン１３の回転数を０．１２５Ｒｓ−１に設定するための減速ギヤレシオ＝４Ｒｓ−１／０．１２５Ｒｓ−１＝３２従って１：３２のギヤレシオとすれば全負荷時に定格回転数付近となる。
【００５４】
【数４】
ラック出力（ＫＷ）＝駆動水車出力（ＫＷ）η２＝４８０，３５２（ＫＷ）×０．７５
ラック出力３６０，２６４（ＫＷ）
但し、η２：ラックの効率３／４（０．７５）
【００５５】
ピストン系の重量を水に換算した体積を含む概算貯水量はラック出力より算出できる。
【数５】
ラック出力３６０，２６４（ＫＷ）＝ｇ（ｍｓ−１）Ｈ（ｍ）Ｑ（ｍ３ｓ−１）
概算貯水量（Ｑｍ３ｓ−１）＝［３６０，２６４（ＫＷ）｛９．８（ｍｓ−２）１００（ｍ）｝−１］
概算貯水量Ｑ＝３６７．６ｍ３ｓ−１
前記の数３より、ピニオン１３の定格回転数は０．１２５ｓ−１＝１Ｒ（８ｓ）−１に設定されるため、１ストロークの概算貯水量Ｑ＝３６７，６ｍ３（ｓ）−１）
１ストロークの概算貯水量Ｑ＝２，９４１ｍ３（８ｓ）−１
（注）貯水高さ：１００ｍ（実質的な高さは外部水面より貯水タンクの上限水位までの高さとする。従って、揚水管の高さとは多少異なる。）
但し、ｇ：重力の加速度９．８ｍｓ−２、ρ０：水の密度（１０３ｋｇｍ−３）、
ピニオンの定格回転数：０．１２５Ｒｓ−１＝１Ｒ（８ｓ）−１
【００５６】
【数６】
ピストン系の平均密度の計算方法は次式による。
ピストン系重量（ｋｇ）＝［（ラック＋ロッド＋ピストン）｛夫々の体積Ｖ（ｍ３）×夫々の密度ρ（１０３ｋｇｍ−３）｝］仮に次の数式を代入すれば
ピストン系重量（ｋｇ）＝［｛ラックＶ（６０ｍ３）ρ（５×１０３ｋｇｍ−３）｝＋｛ロッドＶ（２．５ｍ３）ρ（７×１０３ｋｇｍ−３）｝＋｛（ピストンＶ（７６ｍ３）ρ（６×１０３ｋｇｍ−３）｝］
ピストン系重量＝７７３．５×１０３（ｋｇ）
ピストン系体積Ｖ＝（６０＋２．５＋７６）ｍ３＝１３８．５ｍ３
ピストン系の平均密度ρａ＝（ピストン系重量ｋｇ）（ピストン系体積ｍ３））−１
ピストン系の平均密度ρａ＝（７７３．５×１０３ｋｇ）（１３８．５ｍ３）−１
ピストン系の平均密度ρａ＝（５．５８×１０３ｋｇｍ−３
【００５７】
【数７】
次にピストンのストローク長さを算出する。
ストローク長さを求めるために前記した数３の記載により流速２ｍｓ−１で駆動水車１０の全負荷時における定格回転数の時、ピニオン１３は平滑面の通過時間を２秒に設定しているためピストンの落下時間（ｓ）も２秒以内とする必要がある。図１においてピストン系は水中で落下する構成であり、従ってストローク長さ（ｈ）次式により算出される。
0003991337.tif 000002
、公式よりｈ＝ｔ２（ρａ−ρ０）ｇ（２ρａ）−１、
ｈ＝（２ｓ）２｛５．５８−１）１０３ｋｇｍ−３｝９．８ｍｓ−２｛２×５．５８）１０３ｋｇｍ−３｝−１
ストローク長さ＝１６．１ｍ
【００５８】
但し、ρａ：ピストン系平均密度（１０３ｋｇｍ−３）、ρ０：水の密度（１０３ｋｇｍ−３）、ｇ：重力加速度（９．８ｍｓ−２）
【００５９】
【数８】
｛１ストローク（８ｓ）−１当たりの貯水量Ｑ（ｍ３）｝＝（１ストロークの概算貯水量ｍ３）−（ピストン系の重量を水の重量に換算した体積）−（ピストン系の体積ｍ３）｝］
貯水量Ｑ（ｍ３）＝［｛１ストロークの概算貯水量２、９４１ｍ３（８Ｓ）−１｝−｛ピストン系重量７７３．５（１０３ｋｇ）｝｛（１０３ｋｇｍ−３）−１｝−｛ピストン系の体積１３８．５（ｍ３｝］＝２、３０５（ｍ３）（８ｓ）−１
Ｑ＝｛２，９４１ｍ３（８ｓ）−１｝−｛１３８．５ｍ３（８ｓ）−１（５．５８−１）１０３ｋｇｍ−３（１０３ｋｇｍ−３）−１｝
１ストローク当たりの実貯水量Ｑ＝２，３０７（ｍ３）（８ｓ）−１
【００６０】
【数９】
１ストローク当たりの貯水量Ｑ＝２，３０５（ｍ３）（８ｓ）−１
１秒当たりの実貯水量Ｑ＝２８８．１ｍ３ｓ−１
【００６１】
【数１０】
ポンプの効率η３＝実貯水量ｍ３（ｓ）−１／概算貯水量ｍ３（ｓ）−１
ポンプの効率η３＝２８８．１（ｍ３）（ｓ）−１／３６７．５（ｍ３）（ｓ）−１
ポンプの効率η３＝０．７８３９
ｋｗに換算した貯水量＝ＨＱｇ、１００ｍ（２８８．１ｍ３）（９．８ｍｓ−２）
ｋｗに換算した貯水量＝２８２、３３８ＫＷ
総合貯水効率η０＝（ｋｗに換算した貯水量）（水のエネルギーｋｗ）−１
総合貯水効率η０＝（２８２，３３８ｋｗ）（５８８，９００ｋｗ）−１
総合貯水効率η０＝０．４７９
【００６２】
【数１１】
シリンダの断面積を算出する。
シリンダの断面積（Ｓ）ｍ２＝｛定格出力の１ストローク当たりの実貯水量（ｍ３）（８ｓ）−１｝｛１ストロークの長さ（ｍ）｝−１
シリンダの断面積（Ｓ）＝２，３０５ｍ３（８ｓ）−１｝，｛１ストローク長さ（１６，１ｍ）−１｝
シリンダの断面積（Ｓ）＝１４３．１７ｍ２（８ｓ）−１
シリンダの内径ｄを求める。Ｓ＝πｄ２４−１、
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但し、貯水量：［数８］より、１ストローク長さ：［数７］より引用
【００６３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、水中に設置可能な基盤１と、その上方に設置した支持板３との間に回動板４を左右水平方向に回動可能に設置し、回動板４上に設置した駆動水車１０の回転に従って回転するピニオン１３によりラック１４を昇降可能とし、ラック１４の上昇に従って垂直上方に位置するシリンダ３０を通して水を流通可能に設けた揚水管１７内に水を送ることができる。
【００６４】
ラック１４が下降するに従ってシリンダ３０内を下降摺動するピストン３１に設けた逆止弁が開放するので水はシリンダ３０内に送られる。シリンダ３０内は２重弁構造となっているので、ピストン３１が下降する時、上方にある弁体３２の逆止弁は閉じて揚水管１７内の水を吸引することはない。
【００６５】
揚水管１７と、揚水管１７を同心状態で有する水圧管１６の上端は貯水タンク１８内に開口して設け、支持板３上に設置した発電室３８内に発電用水車３９と水圧管１６下部側面とは水車入口弁４３を介して給水管４２で連結してあるので、揚水管１７を上昇して貯水タンク１８に達した水は揚水管１７と水圧管１６との流通路５４を下流し、給水管４２を通って水流圧により水車３９を駆動し、水車３９に連結する発電機４０を作動させて発電し、送電が可能である。
【００６６】
駆動水車１０とは対抗する側において回動板４には方向舵４９を設けてあるので、方向舵４９を水流に対して左右いずれかに回動させれば、これに従って回動板４も回動し、駆動水車１０は水流に対して傾斜状態となるので回転を減速して揚水量を調整することができる。水車入口弁４３や給水管４２設けた弁付排水管４４を操作することで水車３９への給水を停止でき、発電を必要に応じて停止することができる。
【００６７】
更に、本発明によれば潮流、河川の存在する未利用低水頭の有効活用が可能となり、特に流速の遅い河川で堰堤を築き得る箇所においては低水頭を比較的高水頭に変換できるため、駆動水車を使用することで高所へプラスの揚水エネルギーとして貯水が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明装置の全体を示す斜視図である。
【図２】  本発明装置の要部を拡大して示す斜視図である。
【図３】  ラックケース内に収容したラックの正面図である。
【図４】  ラックケース内に収容したラックの平面図である。
【符号の説明】
１    基盤
２    支柱
３    支持板
４    回動板
５    補強材
６    軸受
７    軸受
８    回転軸
９    支持部材
１０  駆動水車
１１  ギヤ
１２  ギヤ
１３  ピニオン
１４  ラック
１５  シリンダ装置
１６  水圧管
１７  揚水管
１８  貯水タンク
１９  駆動軸
２０  羽根板
２１  軸受体
２２  従動軸
２３  軸受体
２４  駆動歯
２５  据付板
２６  ラックケース
２７  案内ローラ
２８  開口面
２９  連結環
３０  シリンダ
３１  ピストン
３２  弁体
３３  ピストンロッド
３４  連結板
３５  吸気口
３６  防塵ネット
３７  緩衝用カバー
３８  発電室
３９  発電用水車
４０  発電機
４１  分電盤
４２  給水管
４３  水車入口弁
４４  弁付排水管
４５  吐出管
４６  支柱
４７  収容函
４８  スリップリング
４９  方向舵
５０  方向舵作動装置
５１  送受信装置
５２  連結具
５３  流通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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