(57)【要約】本発明は、潜水式水力発電装置（１）、およびかかる装置から水を排出する方法に関する。潜水式水力発電装置（１）から水を排出する方法は、潜水式水力発電装置（１）に流入する水を使用して装置内の流体供給部を加圧するステップと、その後、このようにして加圧された流体供給部を使用して、前記装置から前記水を排出するステップとを含む。付加的な加圧流体を供給して、水を装置から排出するのに十分な圧力を有する加圧流体供給を提供することができる。装置（１）を発電システム網に使用し、または、単独の建物もしくは建物群等の小規模実装に使用し、これらの建物に電気を供給することができる。本発明は、装置から水を効率的に排水することで、従来技術の装置の問題点を克服する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜水式水力発電装置（１）であって、外側チャンバ（９）および内側圧力チャンバ（７）を有する実質的に直立の本体部であって、前記内側チャンバ（７）が前記外側チャンバに包囲され、かつ前記外側チャンバから離間しており、前記内側チャンバ（７）は前記内側チャンバの最下端に隣接する前記外側チャンバ（９）と流体連通しており、前記内側チャンバ（７）は加圧可能流体供給部を内部に有し、装置に注入する水により加圧可能であり、前記外側チャンバ（９）は、前記直立本体部の頂部に隣接する給入口（２１）と、前記直立本体部の底部に隣接して位置する放出口（１１）と、前記給入口と前記放出口との間にある液体通路（２３）とを備え、前記液体通路は、内部に取り付けられたタービン（２５）と、前記タービンと前記放出口との間の前記液体通路内にある流量調整器（２７）を有し、前記放出口を遮断し、前記装置からの水の排出を阻止する第１の位置と、前記放出口を開放し、前記装置からの水の排出を許容する第２の位置との間を往復動可能な閉止具（１３）が設けられており、制御部と、前記制御部からの制御入力に応じて、前記閉止具を前記第１の位置と前記第２の位置との間で往復動可能とする閉止アクチュエータとが設けられていることを特徴とする潜水式水力発電装置。
【請求項２】
前記加圧可能流体供給部を補足するための補助加圧流体供給部（１７）が設けられている、請求項１に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項３】
前記補助加圧流体供給部（１７）に提供するための圧縮機を備える、請求項２に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項４】
前記タービン（２５）で発電された電気の一部によって前記圧縮機を駆動する、請求項３に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項５】
複数の前記タービン（２５）が設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項６】
それぞれが内部にタービン（２５）を備える複数の液体通路（２３）が設けられている、請求項５に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項７】
前記複数のタービン（２５）が、前記外側チャンバ（９）の周りで円周方向に離間している、請求項５または６に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項８】
前記流量調整器が、前記タービンの下方の前記液体通路内に配置された貯水槽（２７）を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項９】
前記流量調整器が、前記液体通路（２３）を流れる水の通過を選択的に阻止するように動作可能な弁（３７）を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１０】
前記装置の前記放出口（１１）に沿って取り付けられたタービン（２５）が設けられた、請求項１〜９のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１１】
前記装置から水を排出するように動作可能に前記内側圧力チャンバ（９）に取り付けられたラム（８３）を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１２】
前記ラム（８３）は、前記タービン（２５）による発電の一部により駆動される、請求項１１に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１３】
前記制御部と通信する圧力センサが設けられており、前記圧力センサは、内側圧力チャンバ内の加圧可能流体供給部の圧力を測定するよう動作可能である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１４】
前記装置は二部構造を備え、
第１の部分（３）は、前記内側圧力チャンバ（７）と、前記放出口（１１）および前記放出口と連通している前記液体通路（２３）の一部を含む前記外側容器（９）の実質的な部分とを含み、
第２の部分（５）は、前記第１の部分（３）から解除可能に取り外しでき、前記給入口（１１）、前記タービン（２５）、および前記給入口と連通する前記液体通路（２３）の一部を含み、
第１の部分（３）および第２の部分（５）の両方は、それぞれが連結開口（３４）を有しており、前記第１部分および前記第２部分の一方の前記連結開口（３４）は、前記第１部分および前記第２部分の他方の前記連結開口（３４）と連通し、前記液体通路の一部同士を接続し、前記流体通路を完成させる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１５】
前記装置はポリマー材料から主に構成される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１６】
前記内側チャンバ（７）内に放出弁が設けられており、前記内側チャンバから前記加圧可能流体の少なくとも一部の排出を可能とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１７】
前記内側チャンバ（７）から排出された前記加圧可能流体を受けるために前記放出弁に接続されたタンクが設けられた、請求項１６に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１８】
前記タンクは、前記内側圧力チャンバ（７）と前記外側チャンバ（９）の間に配置されている、請求項１７に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項１９】
前記装置を通る流体の流れを促進するように動作可能な圧力容器（９３）が設けられた、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項２０】
前記放出口（１１）に隣接してタービン（２５）が設けられた、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置（１）。
【請求項２１】
潜水式水力発電装置（１）に流入する水を使用して装置内の流体供給部を加圧するステップと、その後、このようにして加圧された流体供給部を使用して、前記装置から前記水を排出するステップとを含むことを特徴とする、潜水式水力発電装置（１）から水を排出する方法。
【請求項２２】
補助加圧流体供給部（１７）から前記加圧流体供給部に加圧流体を添加するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記装置（１）に流入する水を用いて、電気を発生させるタービン（２５）を稼動させるステップと、その後に、このようにして発生させた電気の一部を用いて、前記補助加圧流体供給部（１７）内の流体を圧縮するよう動作可能な圧縮機に給電するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記装置（１）内に流入する水により加圧された流体の圧力を監視するステップと、前記流体が所定の圧力に達すると、前記装置内の放出開口（１１）を一時的に開いて、そこから前記水を排出させるステップとを含む、請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記装置（１）に流入する水を用いて、電気を発生させるタービン（２５）を稼動させるステップと、その後に、このようにして発生させた電気の一部を用いて、前記装置内に取り付けられており、前記装置からの水の排出を補助するよう動作可能なラム（８３）に給電するステップを含む、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
水が前記装置（１）から排出される際に、前記装置にさらに流入する水の流れを制限するステップを含む、請求項２１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記装置に流入する水の流れを制限するステップは、前記タービン（２５）の下方に位置し、前記タービンから離間している貯水槽（２７）内に前記水を一時的に蓄えることを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ある場所から別の場所へ液体を送液するためのポンプとして、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置を使用する方法。
【請求項２９】
ある場所から別の場所へ、水上に浮かぶ船を推進するための推進装置として、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の潜水式水力発電装置を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜水式水力発電装置およびかかる装置から水を排出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日までの長年にわたり、発電に関して、化石燃料の使用から離れ、再生可能なエネルギー源に向かう傾向があった。石炭、石油およびガス等の化石燃料の供給は急速に枯渇しており、かつ、化石燃料の燃焼は環境に有害であると考えられている。風力、波力、潮力および太陽光供給等の再生可能エネルギーは事実上無限であり、環境に対する害を引き起こすはあまりないと考えられている。したがって、これらの再生可能エネルギー源は持続可能であり、かつ、環境を害することが少ないと考えられているので、これらの再生可能エネルギー源に向けた継続的な移行が行われている。
【０００３】
しかし、公知の再生可能エネルギー源と、再生可能エネルギー源を利用するための装置との多くにはいくつかの問題がある。例えば、風力発電は、特定の風力を超える信頼可能で予測可能な風を通年で得られる領域のみで実用的とみなされる。風力を利用するために使用される風力タービンは、比較的騒音が大きいと考えられており、居住地域の近くにいわゆる「ウィンドファーム」を配置することは望ましくない。したがって、風力発電所を配置することが不可能であるか、または望ましくない地域が多く存在する。
【０００４】
また、波力潮力発電に関し、これらの形態の再生可能エネルギー源は、稼動のために海岸線および海洋へのアクセスを必要とすることは言うまでもない。波力および潮力による再生可能エネルギーの供給は、化石燃料に対する経済的に実行可能な代替手段となるにはまだ数年を要すると多くの方面で考えられている。したがって、これらの再生可能エネルギー源は、どこでも利用可能というわけではなく、利用可能な地域においても、必ずしも商業的に魅力があるわけではない。太陽エネルギー装置は、効率が向上し、価格が下落しているので、化石燃料の現実的な代替手段となっている。しかし、これらの利点を得るためには、高度の太陽光を通年で得ることが依然として必要である。そのため、太陽エネルギーは、すべての場所での現実的な代替手段ではない。
【０００５】
人気が高まっており、より多くの注目を集めている再生可能エネルギー源の一形態は、水中「滝」を使用して発電する水力発電である。この種の再生可能エネルギー源の利点は、水域を必要とするのみであり、人工または天然に存在するでも湖または池でよく、稼動するのに波、潮流、または他の気候的条件に依存していないという点である。一般的に言えば、これらの装置は、水中に沈められるタービン付き発電機を備える。上からの水がタービンに落ちてきてタービンを回し、この運動が電気に変換される。タービンを回すために使用された水は、発電機から水域に戻され、再循環される。したがって、かかる発電機の稼動から生み出すことのできる、無限で連続的な電気の供給が存在する。
【０００６】
このエネルギーを利用し、電気を発生するための装置の一つは、Ｒｏｂｉｃｈａｕｄの米国特許出願公開第２００９／０２３０６８７号に記載されている。以下、この文献を単にＲｏｂｉｃｈａｕｄと呼ぶ。このエネルギーを利用し、電気を発生するするための別の装置が、Ｒｏｂｉｎｓｋｙの米国特許出願公開第２０１１／０２６０４６０号に記載されている。以下、この文献をＲｏｖｉｎｓｋｙと呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２３０６８７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／０２６０４６０号明細書
【発明の開示】
【０００８】
これらの装置の全てに共通する問題は、タービンを通過した水をいかにして効率的に装置から排出するかである。装置内に水が滞留または蓄積することを許容すると、タービンが最終的に浸水し、もはや回転しなくなる。実際、Ｒｏｖｉｎｓｋｙは、Ｒｏｂｉｃｈａｕｄに開示された装置から水を排出するために使用されるコークスクリュー構成の問題として、具体的にこれに言及している。Ｒｏｖｉｎｓｋｙは、Ｒｏｂｉｃｈａｕｄのコークスクリュー構成は、タービンの下から水を除去するには不十分であろうと述べている。Ｒｏｖｉｎｓｋｙは、装置から水を排出するためのいくつかの異なる構成を開示している。
【０００９】
本発明の目的は、公知の従来技術の問題の少なくともいくつかを克服する潜水式水力発電装置およびかかる装置の稼動方法を提供することである。具体的には、本発明の目的は、装置から効果的に水を排出することができる装置および方法を提供するである。さらに、消費者のために有用な選択肢を提供することも本発明の目的である。
【００１０】
本発明によれば、外側チャンバおよび内側圧力チャンバを有する実質的に直立の本体部であって、前記内側チャンバが前記外側チャンバに包囲され、かつ前記外側チャンバから離間しており、前記内側チャンバは内側チャンバの最下端に隣接する前記外側チャンバと流体連通しており、前記内側チャンバは加圧可能流体供給部を内部に有し、装置に注入する水により加圧可能であり、前記外側チャンバは、前記直立本体部の頂部に隣接する給入口と、前記直立本体部の底部に隣接して位置する放出口と、前記給入口と前記放出口との間にある液体通路とを備え、前記液体通路にはタービンおよび流量調整器が組み入れられており、前記流量調整器は前記タービンと前記放出口都の間にあり、前記放出口を遮断し、装置からの水の排出を阻止する第１の位置と、前記放出口を開放し、装置からの水の排出を許容する第２の位置との間を往復動可能な閉止具が設けられており、制御部と、前記制御部からの制御入力に応じて、前記閉止具を前記第１の位置と前記第２の位置との間で往復動可能とする閉止アクチュエータとが設けられていることを特徴とする潜水式水力発電装置が提供される。
【００１１】
かかる装置を有することにより、非常に効率的かつ効果的な方法で装置から水を排出することが可能となる。装置に入る水を用いて、内側圧力チャンバ内の流体を加圧する。液体が装置内に入れば入るほど、内側圧力チャンバ内の流体の圧力が増加する。圧力チャンバ内の流体は、水の排出が可能なように開かれている放出口から、水を効果的に「押し出す」ことにより、装置から水を排出するのに利用可能な圧力となっている点に到達する。この装置は、外洋、内海、湖、池、または任意の人工の水たまりを含むが、これらに限定されない任意の水域内に配置され、発電するのに用いることができる。水を装置から水域に吐出し、装置内で再利用することができるので、電気を実用上連続的に発生することができる。装置を単独または集団で用いて、国または地域の電力網に電気を供給することができ、または、装置を建物の地下に設置し、その建物に電気を供給するのに用いることができると考えられる。
【００１２】
本発明の一実施形態において、加圧可能流体供給部を補足するための補助加圧流体供給部が設けられている潜水式水力発電装置が提供される。特定の場合において、装置に入る水により加圧された流体供給部を補足することが好ましい、または、必要であり、これが水を装置から効率的に排出することを保証すると考えられる。
【００１３】
本発明の一実施形態において、補助加圧流体供給部に提供するための圧縮機を備える潜水式水力発電装置が提供される。
【００１４】
本発明の一実施形態において、タービンで発電された電気の一部によって圧縮機を駆動する潜水式水力発電装置が提供される。このことは、流入する水を、流体供給部の加圧とともに、圧縮機による補助流体供給部の加圧にも用いることができるため、本発明の特に有用な側面と考えられている。
【００１５】
本発明の一実施形態において、複数のタービンが設けられている潜水式水力発電装置が提供される。
【００１６】
本発明の一実施形態において、それぞれが内部にタービンを備える複数の液体通路が設けられている潜水式水力発電装置が提供される。
【００１７】
本発明の一実施形態において、複数のタービンが、外側チャンバの周りで円周方向に離間している潜水式水力発電装置が提供される。
【００１８】
本発明の一実施形態において、流量調整器がタービンの下方の液体通路内に配置された貯水槽を備える潜水式水力発電装置が提供される。これは、本発明の好ましい実施形態と考えられる。貯水槽を設けることにより、水が装置から排出されている場合に、装置に流入する水の流れを止める必要がない。その代わりに、流入する水を一時的に貯水槽に蓄えることができる。水が排出されると、貯水槽内のこの水を放出し、放出口および内側圧力チャンバに向けて移動させることができる。
【００１９】
本発明の一実施形態において、流量調整器が、液体通路を流れる水の通過を選択的に阻止するように動作可能な弁を備える潜水式水力発電装置が提供される。これは、本発明の好適な実施形態と考えられる。この弁は、液体通路を遮断または開放する位置に移動し、またはこれらの位置から移動するよう制御可能な逆止弁または単純なフラップとすることができ、水が、液体通路を通って上向きにタービンの方向に押されるのを防ぎ、かつ、タービンを浸水させない。
【００２０】
本発明の一実施形態において、装置の放出口に沿って取り付けられたタービンが設けられた潜水式水力発電装置が提供される。この位置に追加タービンを設けることにより、追加タービンが、装置から吐出される水の流れからのエネルギーを利用することができる。この流れはほぼ確実に周期的になるが、まだ利用する価値があることが想定される。
【００２１】
本発明の一実施形態において、装置から水を排出するように動作可能に内側圧力チャンバに取り付けられたラムを備える潜水式水力発電装置が提供される。
【００２２】
本発明の一実施形態において、ラムはタービンによる発電の一部により駆動される潜水式水力発電装置が提供される。
【００２３】
本発明の一実施形態において、制御部と通信する圧力センサが設けられており、圧力センサは、内側圧力チャンバ内の加圧可能流体供給部の圧力を測定するよう動作する潜水式水力発電装置が提供される。
【００２４】
圧力センサを有することで、装置は、内側圧力チャンバ内の流体の圧力が装置から水を排出するのに十分であることを保証することができる。放出口は、内側圧力チャンバが正規の圧力に到達した場合にのみ、開放される。また、圧力センサを用いて、補助流体供給部からの追加流体が正しい量で供給されていること、および、必要に応じて、内側チャンバ内の圧力が、装置の内側圧力チャンバから水を吐出するのに適当であることを保証することができる。
【００２５】
本発明の一実施形態において、装置は二部構造を備え、
第１の部分は、内側圧力チャンバと、放出口、およびこの放出口と連通している液体通路の一部を含む、外側容器の実質的な部分とを含み、
第２の部分は、前記第１の部分から解除可能に取り外しでき、給入口、タービン、およびこの給入口と連通する液体通路の一部を含み、
第１の部分および第２の部分の両方は、それぞれが連結開口を有しており、その連結開口は第１部分および第２部分の他方の連結開口と連通し、液体通路の部分を接続し、流体通路を完成させる、潜水式水力発電装置が提供される。
【００２６】
この二部構造は、第２の部分は保守または修理のために取り外し可能でありながら、装置の他の部分は意図したように稼動し続けることができるので、特に有用であると考えられる。さらに、このことは、設置、輸送、および建設を容易にすることができる。
【００２７】
本発明の一実施形態において、装置はポリマー材料から主に構成される潜水式水力発電装置が提供される。
【００２８】
本発明の一実施形態において、内側チャンバ内に放出弁が設けられており、内側チャンバから加圧可能流体供給部の少なくとも一部の排出を可能とする潜水式水力発電装置が提供される。これは、本発明の有用な態様と考えられる。状況によっては、内側圧力チャンバから加圧可能流体の少なくとも一部を排出し、内側圧力チャンバへの水の浸入を促進することが望ましい、または、必要であり得ることが想定される。これらの例では、追加の補助加圧流体が、装置から水を排出するために必要となり得る。
【００２９】
本発明の一実施形態において、内側チャンバから排出された加圧可能流体供給部を受けるために放出弁に接続されたタンクが設けられた潜水式水力発電装置が提供される。また、加圧可能流体を外気に排出することもできるが、加圧流体を装置から放出させるよりも、加圧流体を回収する方が好ましい場合があり、タンクは加圧可能流体の回収に有用である。
【００３０】
本発明の一実施形態において、タンクは内側圧力チャンバと外側チャンバの間に配置されている潜水式水力発電装置が提供される。
【００３１】
本発明の一実施形態において、装置を通る流体の流れを促進するように動作可能な圧力容器が設けられた潜水式水力発電装置が提供される。これは、本発明の他の有用な側面と考えられ、圧力容器は、正圧を提供することができる、または代替的に、負圧を提供することができる容器とすることができる。圧力容器によって与えられる正圧または負圧は、装置内の位置に応じて、装置の第２の部分から内側圧力チャンバへの水の侵入を促進するために使用することができ、または、内側圧力チャンバからの水または加圧可能流体の排出を促進するために使用することができる。
【００３２】
本発明の一実施形態において、潜水式水力発電装置に流入する水を使用して装置内の流体供給部を加圧するステップと、その後、このようにして加圧された流体供給部を使用して、装置から水を排出するステップとを含む、潜水式水力発電装置から水を排出する方法が提供される。
【００３３】
これは、装置から水を排出するのに特に効果的な方法と考えられる。水を効果的に用いて、内側圧力チャンバ内の流体供給部、好ましく、空気等であるが、これに限定されない期待を圧縮する。内側圧力チャンバ内のこの気体に加わる圧力が増し、装置から水を排出するのに十分な圧力が気体に加わる点にまで到達する。このようにして、装置から水を排出し、装置が比較的「乾いた」ままであり、タービンが冠水しないことを保証する非常に効率的な方法が提供される。
【００３４】
本発明の一実施形態において、補助加圧流体供給部から加圧流体供給部に加圧流体を添加するステップを含む方法が提供される。
【００３５】
本発明の一実施形態において、装置に流入する水を用いて、電気を発生させるタービンを稼動させるステップと、その後に、このようにして発生させた電気の一部を用いて、補助加圧流体供給部内の流体を圧縮するよう動作可能な圧縮機に給電するステップを含む方法が提供される。
【００３６】
本発明の一実施形態において、装置内に流入する水により加圧された流体の圧力を監視するステップと、流体が所定の圧力に達すると、装置内の放出開口を一時的に開いて、そこから水を排出させるステップとを含む方法が提供される。
【００３７】
本発明の一実施形態において、装置に流入する水を用いて、電気を発生させるタービンを稼動させるステップと、その後に、このようにして発生させた電気の一部を用いて、装置内に取り付けられており、装置からの水の排出を補助するよう動作可能なラムに給電するステップを含む方法が提供される。
【００３８】
本発明の一実施形態において、水が装置から排出される際に、装置にさらに流入する水の流れを制限するステップを含む方法が提供される。
【００３９】
本発明の一実施形態において、装置に流入する水の流れを制限するステップは、タービンの下方に位置し、タービンから離間している貯水槽内に水を一時的に蓄えることを含む方法が提供される。
【００４０】
本発明の一実施形態において、ある場所から別の場所へ液体を送液するためのポンプとしての潜水式水力発電装置の使用が提供される。
【００４１】
本発明の一実施形態において、ある場所から別の場所へ、水上に浮かぶ船を推進するための推進装置としての潜水式水力発電装置の使用が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る潜水式水力発電装置の斜視図である。
【図２】潜水式水力発電装置の第１の部分の斜視部分断面図である。
【図３】潜水式水力発電装置の第２の部分の側断面図である。
【図４】稼動中の潜水式水力発電装置の側断面図である。
【図５】稼動中の潜水式水力発電装置の側断面図である。
【図６】稼動中の潜水式水力発電装置の側断面図である。
【図７】稼動中の潜水式水力発電装置の側断面図である。
【図８】潜水式水力発電装置の第１の部分の代替実施形態の斜視部分断面図である。
【図９】潜水式水力発電装置の第１の部分の別の代替実施形態の斜視部分断面図である。
【図１０】潜水式水力発電装置の第２の部分の別の実施形態の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１〜３を、最初は特に図１を参照し、第１の部分３と、第１の部分に取り付けられた第２の部分５を備え、全体として参照符号１で示される潜水式水力発電装置が示されている。図示の実施形態において、第１の部分３は八角柱形であり、八角柱形の各辺に１つずつ設けられた８個の第２の部分５が、第１の部分３に取り付けられている。
【００４４】
特に図２を参照し、第１の部分は、内側圧力チャンバ７と、内側圧力チャンバ７を包囲し、かつ、内側圧力チャンバ７から離間した外側チャンバ９を備える。外側チャンバ９の基部に隣接して配置された複数の放出開口１１と、この例では環状リング１３として提供される閉止部材とが設けられている。環状リング１３は、外側チャンバ９に回転可能に取り付けられており、内部に形成された複数の開口１５を有する。環状リング１３を外側チャンバの周りで回転すると、開口１５が放出開口１１と整列する。リング１３をさらに回転する、または、リング１３を反対方向に回転すると、開口１５が開口１１と整列しなくなり、放出開口１１が閉鎖される。第１の部分の、環状リングが着座する部分は、八角柱形ではなく、円柱形であり、第１の部分の周りでの環状リングの回転を可能にする。さらに、第１の部分は、内側圧力チャンバ７の上方に、圧縮空気タンク１７および変圧器と圧縮機の区画１９を備える。
【００４５】
特に図３を参照し、第２の部分５は、給入開口２１と、第２の部分５の内部にある液体通路２３を備えている。タービン２５は液体通路２３内に取り付けられており、タービン２５を超えて液体通路２３から落ちてくる水を収集するために、液体通路内のタービンの下方に、タービンから離間して貯水槽２７が設けられている。第２の部分は、発電機／オルタネータの区画２９を含み、その内部の発電機／オルタネータ（図示せず）はタービン２５と連通しており、タービン２５の回転運動を電気に変換する。給入開口２１は、大きな異物が液体通路内に入るのを防止するために吸入グリル３１を備えることが好ましく、給入開口上を移動し、液体通路内への水の吸入を防ぐことができる給入開口用閉止具３３が設けられている。
【００４６】
図４〜７を参照し、動作中の本発明に係る潜水式水力発電装置１の複数の図が示されている。まず図４を参照し、第１の部分３と第２部分５を結合すると、液体通路２３は第２の部分５のみに位置するのではなく、液体通路２３は、第２の部分の頂部（本明細書の目的のために、外側チャンバ９の頂部とみなすことができる）にある給入口２１から、第２の部分５を下向きに貫通し、第１および第２の部分の相補的に連結した開口３４を通って、第１の部分３の中まで延在する。流入する水は、外側チャンバ９と内側圧力チャンバ７との間を通り、第１の部分３の外側チャンバの基部の放出開口１１まで流下する。
【００４７】
図４において、使用時には、給入口２１は開いており、潜水式水力発電装置が沈められている水域の水面下に沈められる。水は、給入口２１を通って装置内に流入し、液体通路２３を通って滝を下方に移動し、タービン２５に衝突する。これは、タービンを回転させる。タービンの回転運動は、発電機／オルタネータの区画２９内に収容された発電機／オルタネータで電気に変換され、ここから変圧器および圧縮機の区画１９内の変圧器および／または圧縮機に送られる。タービンを通過した水は、引き続き液体通路２３を通って移動し、貯水槽２７に入り、ここから連結した開口３４を通過して、内側圧力チャンバ７と外側チャンバ９の間の隙間内の液体通路を通り、外側チャンバ９の底部に向かう。環状リング１３内の開口１５が外側チャンバ内の放出開口１１とは整列せず、したがって、水が外側チャンバから逃げることができないように、環状リング１３は回転されている。
【００４８】
外側チャンバ９と内側圧力チャンバ７は、互いに流体連通している。効果的には、内側圧力チャンバ７は基部で開放されており、液体通路を通って流入する水は外側チャンバ９の底部に集まり、図４の矢印Ａで示すように、内側圧力チャンバ７を通って上昇を開始する。内側圧力チャンバ７内には、参照符号３５で示される加圧可能流体供給部がある。水が内側圧力チャンバ７内を上昇するにつれて、加圧可能流体供給部３５の流体、この例では気体、好ましくは空気の体積は減少する。体積が減少するにつて、加圧可能流体供給部の気体の圧力は増加する。
【００４９】
特に図５を参照し、内側圧力チャンバ７内の水位がさらに上昇しているので、気体の体積はさらに減少する。気体が内側圧力チャンバ７内に閉じ込められているので、加圧可能流体供給部３５の気体の圧力は、図４に示されたものよりも大きくなることが理解されるであろう。図５において、補助流体供給部１７からの追加の気体が加圧可能流体供給部３５に加えられ、その結果、内側圧力チャンバ７内の加圧可能流体供給部３５の圧力が増加する。
【００５０】
圧力センサ（図示せず）は、加圧可能流体供給部３５の圧力を監視する。加圧可能流体供給部３５の圧力が、装置１から水を排出するのに十分な水準に達した場合（すなわち、圧力が、装置外の水の静水圧を超えた場合）に、流量調整器、この例では液体通路２３内の弁３７を図６に示すように閉じる。弁３７は、（図４および図５に示すように）予め開いており、または、液体通路を開放しており、液体通路２３への水の通過を可能にしているが、図６に示す構成においては、弁は閉じられ、液体通路２３は遮断されている。弁が閉じると、環状リング１３を回転させ、その中の開口１５を吐出開口１と整列させる。環状リング１３の開口１５が、吐出口１１と整列すると、加圧流体供給部３５は、内側チャンバ内の水が膨張し、図６の矢印Ｂで示すように、吐出開口１１を介して開口から吐出される程度にまで減圧される。加圧可能流体供給部の損失を回避するために、全ての水を装置から放出するのではないが、水の大部分が装置から排出されることが想定される。
【００５１】
図７を参照し、水を装置１から排出すると、開口１５と放出開口１１が整列しないように環状リング１３を同じ方向か逆の方向のいずれかにもう一度回転させて、放出開口１１を再び閉じる。流量調整器３７は開放状態に戻り、水が液体通路２３を流下し、再び内側圧力チャンバ７に入り、そこにおいて内側圧力チャンバ７内の加圧可能流体供給部３５の加圧を再び開始することを可能とする。この工程を連続的に繰り返し、連続的な電力供給を行う。
【００５２】
弁３７が閉じると、図６に示すように、液体通路２３を流れる水は、弁３７の後方で滞留し、貯水槽２７に溜まり始めることが理解できるであろう。弁３７が（図７に示すように）再び開かれると、直ちに、弁３７の後方に滞留していた水および貯水槽２７内の水は、弁３７を通過し内側圧力チャンバ７内に迅速に流れ込む。弁の３７および環状リング１３の操作タイミング、適切な場合には、加えられる付加的な圧力の量、ならびに液体通路２３および貯水槽２７の寸法を選択し、弁３７が閉じ、水が装置１から排出されている間にタービン２５が浸水しないようにする。これに代え、または、これに加えて、給入口を一時的に閉じ、または、狭くするように閉止具を設けて、水が装置から排出されている間の水の取り込みを減らすことができる。
【００５３】
図８を参照し、本発明による装置の第１の部分の代替的な構造が示されており、全体を参照符号７１で示し、類似の部分には前と同じ参照符号が付されている。第１の部分７１は、その全高に沿って実質的に円筒形であり、単に環状リング１３の位置にあるのではないという点で、前述の第１の部分３とは異なる。第２の部品５を適切な寸法とし、湾曲した円筒面との密着を形成する。
【００５４】
図９を参照し、本発明による装置の第１の部分の第２の代替的な構造が示されており、全体を参照符号８１で示し、類似の部分には前と同じ参照番号が付されている。装置の第１の部分の第２の代替的な実施形態は、内側圧力チャンバに取り付けられたピストン８３が設けられている点で、図８に示した実施形態と異なる。水を内側圧力チャンバから排出する時間になると、ピストン８３が下方に駆動され、水にさらに推進力を与え、水を強制的に内側圧力チャンバおよび装置から、強制しない場合よりも高速で、押し出す。
【００５５】
図１０を参照し、本発明による装置の第２の部分の代替的な実施形態が示されており、全体を参照符号９１で示し、類似の部分には前と同じ参照番号が付されている。装置の第２の部分の第２の実施形態９１は、貯水槽に隣接する第２の部分に取り付けられた、全体として参照符号９３で示される圧力容器が設けられているという点で、前述の実施形態とは異なる。圧力容器は、隔壁９５と、直線で示した位置と点線で示した他の位置との間で隔壁を移動させる手段（図示せず）を備える。これらの位置の間で隔壁を移動させる手段は、ラム、送風機または真空装置とすることができる。圧力容器の目的は、貯水槽からの水の排出を促進し、内側圧力チャンバを水で満たすのを促進することにある。隔壁は、実線位置から点線位置に向かって外向きに移動する際に、隔壁の前方の水を、液体通路に沿って内側圧力チャンバに向かって押す。
【００５６】
他の場所に位置する他の圧力容器を用いても同様の良好な効果があると想定される。例えば、内側圧力チャンバの内部と連通しており、内側圧力チャンバからの空気または加圧可能流体を引き出すよう動作可能であり、後には内側圧力チャンバ内に存在する部分的な真空に起因して、内側圧力チャンバ内への水の浸入を迅速にする真空圧力容器が存在してもよい。同様に、送風機または他の圧力容器を用いて、所望の時点で、内側圧力チャンバから水を吐出することができる。
【００５７】
既存の従来技術に対する本発明の利点は、迅速かつ効率的な方法で、「用済み」の水を機械から除去する能力である。本質的に、タービンを通過する水の運動量および質量を用いて、水を排出して外部のプール、湖、海等に戻すために後に用いられる空気を圧縮することができる。可動部が少ないので、保守が最小限に抑えられる。しかし、機械の最大の利点はおそらく、潮の干満や波に依存せずに機能する能力である。動作に必要なものは、流れのない水をためた単なるプールのみである。このことは、機械を事実上どこにでも配置でき、大規模な建物、または大規模な建物の集合から、この惑星の遠隔地の小さな集落までの全てに電気を供給することができる可能性を開く。
【００５８】
説明した実施形態において、加圧可能流体供給部を補うために補助加圧流体供給部を設けることについて説明する。水が内側圧力チャンバから排出される速度は、加圧可能流体に発生した圧力の量に部分的に依存する。一般的経験則として、加圧流体の圧力が高ければ高いほど、内側圧力チャンバからの水の排出は速く、より多くの水が内側圧力チャンバから吐出される。従って、加圧流体の追加は、タービンが浸水するのを回避するのに十分なほどに速く水が装置から吐出されることを保証するのに非常に効果的であることができる。多くの場合、加圧可能流体への圧力１バールの付加が、装置からの水の十分な排出を確実にするのに十分であることが計算されている。実際、所望であれば、加圧可能流体の大部分を装置から排出し、水で内側圧力チャンバを迅速に満たすのを促進することができ、その後は、加圧された流体を主として補助加圧流体供給部から供給することができる。
【００５９】
１バールの追加圧力の提供は、低コスト低電力使用圧縮機を用いて、比較的簡単に達成することができる。実際、必要に応じて、より高い定格の圧縮機を用いてより多くの圧力を提供することが可能である。水で内側圧力チャンバを満たしている間に、圧縮可能流体を装置から放出するシステムが提供される場合には、圧縮機への加圧可能流体供給部を設ける必要がある場合がある。これは、装置から、装置を潜水させた水の表面の上方の位置まで延在する適当な導管を介して達成することができる。
【００６０】
装置から得られる総電力は、慎重に選択することができ、装置の寸法、タービンの効率、使用するタービンの数、およびタービンを通過する水の力（水頭およびタービンまでに水が落ちる距離によって決まる）により決まる。装置を水域中に沈め、タービン上の水の深さを８メートルの範囲にすることが想定される。液体通路２３内の滝を通過し、貯水槽２７に出る水の速度は、運動エネルギーと位置エネルギーに関してニュートンの法則を釣り合わせることにより導出される。最終的な式は次のとおりである。
ｍ・ｖ２＝２・ｍ・ｇ・Ｈ
式中、ｍは水の質量であり、Ｖは速度であり、ｇは重力加速度であり、Ｈは水の高さである。
【００６１】
内側圧力チャンバ７内の水による発生する圧力は、ニュートンの第二法則により求められる。
Ｆ＝ｍ・ａ
式中、Ｆは水によって加えられる力であり、ｍは水の質量であり、ａは水の加速度である。次いで、水の圧力を次式で計算する。
Ｐ＝Ｆ／Ａ
式中、Ｐは圧力であり、Ｆは水によって加えられる力であり、Ａは断面積である。パスカルの法則によれば、非圧縮性流体および密封システムに関して、第１の部分３の内側圧力チャンバ７内の空気に作用する圧力は、内壁と外壁の間の水により発生する圧力に等しい。水が貯水槽２７を出ると、一定の水の流れがあり、システムは少なくとも一部が密封されていると考えることができるので、水は、一次近似で、非圧縮性流体であると見なすことができる。加圧可能流体供給部（空気）の圧力と、結果としての内側圧力チャンバ７内の体積減少は、ボイルの法則を用いて計算される。
Ｐ１・Ｖ１  ＝  Ｐ２・Ｖ２
式中、Ｐ１およびＶ１、内側圧力チャンバ７内の空気圧力および体積であり、Ｐ２およびＶ２は、水の圧縮が終わった後の対応する空気の体積および圧力である。中央部を出た水の水力は次式で与えられる。
Ｆ＝２・Ａ［Ｐ−ＰＨ］
式中、Ｆは力であり、Ａは開口の断面積であり、Ｐは水の圧力であり、ＰＨは外部の水の静水圧である。
【００６２】
本発明の精神、すなわち添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の改変を上述した装置に行うことができることは理解されるであろう。例えば、上記実施形態において、装置は二部装置として説明されているが、単一の部品、または、３つ以上の主要部とすることができる。さらに、装置の筐体をポリマー材料から構成することが好ましいが、ポリマー材料の代わりに他の材料を用いることもできる。図示の実施形態において、圧縮機と圧縮空気タンクが常に設けられているが、いくつかの例では必要でなく、場合によっては任意選択であるとみなされる。この装置は、全国網とすることのできる配電網に接続してもよく、個別の建物または船の電源に接続することもできる。しかし、図面の明瞭化のために電気的接続は図示されていないが、これらの接続が設けられることが理解されるであろう。さらに、変圧器、圧縮機および発電機／オルタネータの特徴は、標準的なものであり、当業でよく知られているので、示されていない。装置を海底（海に設置した場合）に固定することができ、または、パイロンを用いて水域の底に埋め込むことができることが想定される。なお、固定手段は、本発明の特許可能な側面とは関係がないので、図示はしていない。
【００６３】
図示の実施形態において、装置は八角柱形であるが、円筒形、三角形、正方形、長方形または他の形状とすることができ、８つの辺と８つのタービンを有することは必須ではない。図示のタービンは、横軸が垂直方向となるように構成されているいるが、これを水平方向としたり、垂直方向であるが、図示の方向と直角または異なる角度としたりすることもできる。図示の実施形態において、複数の給入口と複数の放出口があるが、これは必須ではなく、単一の給入口および／または単一の放出口とすることもできる。
【００６４】
図示の実施形態において、装置は、加圧可能流体供給部３５の圧力を検出することにより動作される。しかし、１つ以上の圧力センサに替えて、または、圧力センサに加えてフロートスイッチを設け、内側圧力チャンバ内の水位を検出することができる。これにより、水が排出可能である場合、および水の排出が必要である場合を決定することができ、さらには、１つ以上のフロートセンサも用いて、内側圧力チャンバから水が十分に排出された場合を決定することができる。この装置および方法は、静水のプール、または自由流水に等しく良好に動作する。
【００６５】
上記に加えて、本発明による装置１は、浸水領域から水を汲み出すためのポンプとして用いることができる。水を再循環する代わりに、放出開口に可変長のチューブを設け、浸水領域から水を排水溝等に導くことができる。同様に、本発明に係る装置を用いて、ハリケーンの危険性のある時期に、表面に向かって海底から水を送ることができる。このようにすることで、表面に向かっての海水温を制御し、かかる嵐の形成の可能性を低減することができると想定される。あるいは、本発明の装置を用いて、船舶を推進する、またはステーションに船舶を維持する  ことが想定される。選択的に放出開口を開閉することができるので、吐出された水からの推力を用いて、船を前方に推進することができる。独立して動作可能な複数の放出開口がある場合は、船を全方向に操作することができる。このことは、ドックに入ろうとする大型船舶に特に有用である。
【００６６】
本明細書において「備える、備えて、備えた、備えている」との用語は、「含む、含んで、含んだ、含んでいる」との用語と完全に互換とみなされ、可能な限り広く解釈すべきである。
【００６７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲において構成および詳細の双方を変更することができる。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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