(57)【要約】【課題】海水の潮位差を利用することにより、継続的に発電を行うことができ、さらに、発電後の海水を電気を使用しない揚水手段によって揚水することにより、発電効率の良い水力発電設備を提供する。【解決手段】水力タービン１１が収納された発電室１０と、発電後の海水を貯水する貯水場ＰＯと、取水口１２が海面下に配置され、排水口１３が水力タービン１１の近傍に配置された導水管Ｄと、流入口１６が発電室１０に連通され、流出口１７が貯水場ＰＯに配置された揚水管Ｙと、導水管Ｄ内に配設され、海水の圧力及び流速により回転する回転動力発生手段と、回転動力発生手段に連結されると共に揚水管Ｙ内に配設され、回転動力発生手段の回転動力により回転する揚水手段と、を備え、揚水された海水は、いったん貯水場ＰＯに貯水され、引き潮時に貯水場ＰＯの周壁２１に設けられた排水管２２を通して海に排水される。【選択図】図１
2009281142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を地下の発電室に落とし込んで発電を行い、発電後の海水を揚水して海に排水することにより、継続的に発電を行うことが可能な水力発電設備において、
満潮時に海水が貯水空間に流れ込まない高さの周壁を有し、該周壁の底部側に、引き潮時に海面から露出する開閉弁を備えた排水管が連通され、発電後の海水を貯水する貯水場と、
地下の発電室に収納された水力発電機と、
海面下に位置する取水口から前記水力発電機の近傍に位置する排水口に向けて先細りするように配設された導水管と、
前記発電室に連通する流入口から前記貯水場に位置する流出口に向けて先細りするように配設され、前記流出口側に海面からいったん上方に突出した後、前記貯水場の海面下に達するまで下方に湾曲した湾曲部を有した揚水管と、
前記導水管内に配設され、海水の圧力及び流速により回転する回転動力発生手段と、
該回転動力発生手段に連結されると共に前記揚水管内に配設され、前記回転動力発生手段の回転動力により回転し、発電後の海水を揚水する揚水手段と、を備えたことを特徴とする水力発電設備。
【請求項２】
前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、一本の回転軸で連結され、水流方向に回転可能に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の水力発電設備。
【請求項３】
前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、水流方向に回転可能に配設され、
前記回転動力発生手段の回転軸は前記揚水管側へ延出し、前記揚水手段の回転軸は前記導水管側へ延出して設けられ、
前記回転動力発生手段の回転軸に配設された第１の傘歯車と、前記揚水手段の回転軸に配設された第２の傘歯車と、前記第１の傘歯車及び前記第２の傘歯車に噛合する第３の傘歯車とからなる動力伝達手段によって、前記回転動力発生手段からの回転動力が、前記揚水手段へ伝達されることを特徴とする請求項１に記載の水力発電設備。
【請求項４】
前記回転軸は、前記導水管及び前記揚水管以外で軸支され、少なくとも軸支された部分は水密性が保持されてなることを特徴とする請求項２又は３に記載の水力発電設備。
【請求項５】
前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、水車であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の水力発電設備。
【請求項６】
前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、水流と略直交する方向に回転可能に配設され、その回転軸が前記発電室側に延出して設けられ、
前記回転動力発生手段の回転軸に配設された第１の傘歯車と、
前記揚水手段の回転軸に配設された第２の傘歯車と、
端部に前記第１の傘歯車に噛合する第３の傘歯車と前記第２の傘歯車に噛合する第４の傘歯車を備えた回転可能な連結棒からなる動力伝達手段によって、前記回転動力発生手段からの回転動力が、前記揚水手段へ伝達されることを特徴とする請求項１に記載の水力発電設備。
【請求項７】
前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、その下部に水密ケースを備え、該水密ケース内部には、前記第１の傘歯車、前記第２の傘歯車、前記第３の傘歯車、前記第４の傘歯車及び前記回転軸が収納され、前記回転動力発生手段側の前記水密ケースと前記揚水手段側の前記水密ケースとの間には、内部に前記連結棒が挿通された連結棒受が架設されていることを特徴とする請求項６に記載の水力発電設備。
【請求項８】
前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、スクリュープロペラであることを特徴とする請求項６又は７に記載の水力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力発電設備に係り、特に海水を地下の発電室に落とし込んで発電を行い、発電後の海水を揚水して海に排水することにより、継続的に発電を行うことが可能な水力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、海水を地下の発電室に落とし込んで発電を行い、揚水機能を用いて発電後の海水を海へ排水する構成とした水力発電設備が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の水力発電設備では、発電後の海水が、揚水管の絞り管構造による流速の増大化の作用と、揚水ポンプによる揚水力により揚水されるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６８７７９０号公報（段落００１８、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の水力発電設備では、揚水ポンプを駆動するのに電動モータを用いており、駆動に電気が使用され、発電される電気量が少なくなってしまうという不都合があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、海水を地下の発電室に落とし込んで発電を行い、発電後の海水を、電気を必要としない揚水手段によって揚水することにより、発電効率の良い水力発電設備を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、海水の潮位差を利用して、継続的に発電を行うことが可能な水力発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、本発明の水力発電設備によれば、海水を地下の発電室に落とし込んで発電を行い、発電後の海水を揚水して海に排水することにより、継続的に発電を行うことが可能な水力発電設備において、満潮時に海水が貯水空間に流れ込まない高さの周壁を有し、該周壁の底部側に、引き潮時に海面から露出する開閉弁を備えた排水管が連通され、発電後の海水を貯水する貯水場と、地下の発電室に収納された水力発電機と、海面下に位置する取水口から前記水力発電機の近傍に位置する排水口に向けて先細りするように配設された導水管と、前記発電室に連通する流入口から前記貯水場に位置する流出口に向けて先細りするように配設され、前記流出口側に海面からいったん上方に突出した後、前記貯水場の海面下に達するまで下方に湾曲した湾曲部を有した揚水管と、前記導水管内に配設され、海水の圧力及び流速により回転する回転動力発生手段と、該回転動力発生手段に連結されると共に前記揚水管内に配設され、前記回転動力発生手段の回転動力により回転し、発電後の海水を揚水する揚水手段と、を備えたことにより解決される。
【０００７】
このように、本発明の水力発電設備は、導水管内に海水の圧力及び流速により回転する回転動力発生手段が配設され、揚水管内に回転動力発生手段に連結されて回転動力発生手段の回転動力により回転する揚水手段が配設され、揚水手段が回転することにより発電後の海水が揚水される構成としている。このため、発電後の海水を、電気を使用せずに揚水することができ、発電効率の良い水力発電設備を得ることができる。
また、海水を地下の発電室に落とし込んで発電を行い、発電後の海水を揚水し、引き潮時に貯水場から海に排水することにより、海水の潮位差を利用して継続的に発電を行うことが可能である。
【０００８】
また、前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、一本の回転軸で連結され、水流方向に回転可能に配設されていると好適である。このように構成すると、回転動力発生手段から得られた回転動力を、回転軸を介して揚水手段へ伝達することができ、揚水手段を回転動力発生手段と同じ方向に回転させることができる。
【０００９】
また、前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、水流方向に回転可能に配設され、前記回転動力発生手段の回転軸は前記揚水管側へ延出し、前記揚水手段の回転軸は前記導水管側へ延出して設けられ、前記回転動力発生手段の回転軸に配設された第１の傘歯車と、前記揚水手段の回転軸に配設された第２の傘歯車と、前記第１の傘歯車及び前記第２の傘歯車に噛合する第３の傘歯車とからなる動力伝達手段によって、前記回転動力発生手段からの回転動力が、前記揚水手段へ伝達されると好適である。このように構成すると、第１の傘歯車、第２の傘歯車、第３の傘歯車からなる動力伝達手段を介して、回転動力発生手段の回転動力が揚水手段へ伝達され、揚水手段を回転させることができる。
【００１０】
また、前記回転軸は、前記導水管及び前記揚水管以外で軸支され、少なくとも軸支された部分は水密性が保持されてなると好適である。このように構成すると、回転軸を水密性が保持されたベアリングによって軸支することができる。
【００１１】
また、前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、水車であると好適である。このように構成すると、導水管内に導水された海水が、水車の周囲に設けられた羽根に衝突して、海水の圧力及び流速を回転動力に変換することができる。また、揚水管内に配設された水車が回転することにより、発電後の海水が揚水作用を受けて揚水される。
【００１２】
また、前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、水流と略直交する方向に回転可能に配設され、回転軸が前記発電室側に延出して設けられ、前記回転動力発生手段の回転軸に配設された第１の傘歯車と、記揚水手段の回転軸に配設された第２の傘歯車と、端部に前記第１の傘歯車に噛合する第３の傘歯車と前記第２の傘歯車に噛合する第４の傘歯車を備えた回転可能な連結棒からなる動力伝達手段によって、前記回転動力発生手段からの回転動力が、前記揚水手段へ伝達されると好適である。このように構成すると、第１の傘歯車、第２の傘歯車、端部に第３の傘歯車と第４の傘歯車を備えた連結棒からなる動力伝達手段を介して、回転動力発生手段の回転動力が揚水手段へ伝達され、揚水手段を回転させることができる。
【００１３】
また、前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、その下部に水密ケースを備え、該水密ケース内部には、前記第１の傘歯車、前記第２の傘歯車、前記第３の傘歯車、前記第４の傘歯車及び前記回転軸が収納され、前記回転動力発生手段側の前記水密ケースと前記揚水手段側の前記水密ケースとの間には、内部に前記連結棒が挿通された連結棒受が架設されていると好適である。このように構成すると、海水が浸入しない水密ケース及び連結棒受の内部で傘歯車及び連結棒を回転させることができる。
【００１４】
また、前記回転動力発生手段及び前記揚水手段は、スクリュープロペラであると好適である。このように構成すると、導水管内に導水された海水が、スクリュープロペラの羽根に衝突して、海水の圧力及び流速の圧力を回転動力に変換することができる。また、揚水管内に配設されたスクリュープロペラが回転することにより、発電後の海水が揚水作用を受けて揚水される。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の水力発電設備によれば、導水管内に海水の圧力及び流速により回転する回転動力発生手段が配設され、揚水管内に回転動力発生手段に連結されて回転動力発生手段の回転動力により回転する揚水手段が配設され、揚水手段が回転することによって発電後の海水が揚水される構成としていることにより、電気を使用することなく発電後の海水を揚水することができ、発電効率の良い水力発電設備を提供することが可能である。
また、海水を地下の発電室に落とし込んで発電を行い、発電後の海水を揚水し、引き潮時に貯水場から海に排水することにより、海水の潮位差を利用して継続的に発電を行うことができる水力発電設備を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１７】
図１，２は本発明の一実施形態に係るものであり、図１は水力発電設備の説明図、図２は図１の回転動力発生手段及び揚水手段の拡大説明図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係る水力発電設備Ｓは、地下の発電室１０に収納された水力タービン１１（水力発電機）と、発電後の海水を貯水する貯水場ＰＯと、海面下に位置する取水口１２から水力タービン１１の近傍に位置する排水口１３に向けて先細りするように配設された導水管Ｄと、発電室１０に連通する流入口１６から貯水場ＰＯに位置する流出口１７に向けて先細りするように配設され、流出口１７側に海面からいったん上方に突出した後、貯水場ＰＯの海面下に達するまで下方に湾曲した略下向きＵ字形状の湾曲部１８を有した揚水管Ｙを備えている。また、導水管Ｄには回転動力発生手段としての水車３０が内設され、揚水管Ｙには揚水手段としての水車１３０が内設されている。
【００１９】
発電室１０は岸壁近くの地下に設けられ、その内部に水力発電機としての水力タービン１１を配設している。水力タービン１１は、回転軸を中心にして回転自在な動翼列を有した水車であれば、その形状、大きさは限定されない。なお、本例では、ペルトン水車を採用しているが、これに限らずフランシス水車、プロペラ水車などを用いることも可能である。
【００２０】
また、発電室１０の真上の地上には変電所９１が配置されている。変電所９１の制御室では、水力タービン１１や後述する開閉扉１４の開閉操作等が行われる。さらに、発電室１０には地上から作業者が出入りするエレベータ９０が連通されている。なお、エレベータ９０は、発電室１０掘削のために掘削された立坑を利用したものである。
【００２１】
また、導水管Ｄと揚水管Ｙは、一定距離だけ離間した状態で平行に配置されている。そして、発電室１０の下部には、導水管Ｄの排水口１３と、揚水管Ｙの流入口１６とを垂直に連通し、水力タービン１１から排出された海水を揚水管Ｙ側へ流入させる連通管１９が配設されている。
【００２２】
本例では、導水管Ｄに、取水口１２側の管径ａが５．２ｍ、排水口１３側の管径ｂが３ｍ 、長さが３００ｍの絞り管を用いている。また、取水口１２が海面から５〜１０ｍの深さに配置されていることにより、引き潮時でも取水口１２は海面下に位置するように維持される。本例においては、土中埋設状態での導水管Ｄの傾斜角度θは２５゜としている。
【００２３】
また、揚水管Ｙには、流入口１６側の管径ｃが５．２ｍ、流出口１７側の管径ｄが３ｍの絞り管を用いている。土中埋設状態での揚水管Ｙの傾斜角度θは、導水管Ｄと同じく２５゜としている。なお、導水管Ｄ及び揚水管Ｙの取水口１２、排水口１３、流入口１６、流出口１７の管径、管の長さ（全長）、埋設状態での傾斜角度は、上記数値に限定されるものではない。
【００２４】
また、揚水管Ｙの近傍には、揚水された海水を溜める貯水場ＰＯが設けられている。貯水場ＰＯの周壁２０，２１は、コンクリートブロック等によって海岸付近に形成され、満潮時に海水が貯水空間に流れ込まない高さを有している。なお、本例では揚水管Ｙ側の周壁２０によって揚水管Ｙの湾曲部１８が支持されている。
【００２５】
そして、湾曲部１８を支持する周壁２０よりも海側に形成された周壁２１の底部側には、引き潮時に海面Ｌから露出する開閉弁２２ａを備えた排水管２２が連通されている。この排水管２２は、引き潮時に、貯水場ＰＯに貯水された海水を海へ排水するためのものである。なお、図１中、記号Ｗは満潮時の海面、記号Ｌは干潮時の海面を示すものである。本例では、貯水場ＰＯを、略１日の発電で排水される海水を貯留可能な大きさとしているが、貯水場ＰＯの大きさはこれに限定されるものではない。
【００２６】
また、導水管Ｄの取水口１２付近には、不図示の電動モータにより導水管Ｄ内を開閉操作する開閉扉１４が内設されている。なお、異物による水力タービン１１の損傷を低減させるために、取水口１２にフィルタを設けても良い。
【００２７】
さらに、図１、図２に示すように、導水管Ｄの所定位置には、回転動力発生手段としての水車３０が内設され、揚水管Ｙの所定位置には、揚水手段としての水車１３０が内設されている。そして、水車３０と水車１３０は一本の回転軸３２で連結されている。本例では、水車３０，１３０を導水管Ｄ，揚水管Ｙの略中央部に設けているが、取り付け位置はこれに限るものではない。ただし、導水管Ｄ，揚水管Ｙの上流部から中央部の範囲が好ましい。
【００２８】
また、水車３０，１３０は、水流方向に回転可能なドラム形状とされている。本例の水車３０，１３０は、水流に略直交する方向の長さ（幅）がその直径よりも小さいが、水車の大きさ、形状はこれに限定されるものではない。
【００２９】
図２に示すように、水車３０，１３０の周囲に設けられた羽根３１，１３１は、水流に略直交する方向に区分されている。なお、水車３０の羽根３１は、水車３０がどちらか一方の方向に回転し易いように、所定角度傾斜して配設されていると良い。また、羽根３１として、中心側から外側へ湾曲した形状をなしたものを使用しても良い。これにより、導水管Ｄ内に導水された海水が、水車３０の羽根３１に衝突して、海水の圧力及び流速を回転動力に変換することができる。なお、水車１３０の羽根１３１は、特にこのような形状に形成されていなくても良いが、羽根３１と同様に、所定角度傾斜して配設されたり、湾曲形状のものを使用しても良い。
【００３０】
また、水車３０，１３０には、水車３０，１３０と共に回転する回転軸３２，３７，１３７が配設されている。なお、水車３０，１３０が内設される導水管Ｄと揚水管Ｙとの間の部分には、中空間７０が形成されており、水車３０と水車１３０が回転軸３２によって連結されている。
【００３１】
また、回転軸３２，３７，１３７は、導水管Ｄ及び揚水管Ｙ以外で軸支されている。本例では、回転軸３２は略筒状の回転軸受３３内に挿通され、回転軸３７，１３７は略筒状の回転軸受３８，１３８内に挿通されている。そして、回転軸３２，３７，１３７が回転軸受３３，３８，１３８の内部に設けられたベアリング７５によって回転可能に軸支されている。
【００３２】
本例では、水車３０，１３０の羽根３１，１３１が設けられていない側面部を２重構造としており、回転軸受３３，３８，１３８が固定される非回転部３５，１３５と、羽根３１，１３１が設けられた水車本体と連結し、非回転部３５，１３５に対して回転する回転部３４，１３４によって構成されている。なお、水車本体を挟んで設けられた一対の非回転部３５，１３５は、所定箇所で連結部材３６，１３６によって連結されている。
【００３３】
また、回転軸３２は、一端が中空間７０側の回転部３４に固定され、他端が中空間７０側の回転部１３４に固定されている。そして、中空間７０側の非回転部３５，１３５の略中央には、回転軸受３３の端部が固定され、回転軸受３３内に回転軸３２が挿通される。なお、回転軸受３３は、導水管Ｄまたは揚水管Ｙの管周壁１５を貫通しており、管周壁１５にボルト・ナット等の公知の固定手段によって固定される。
【００３４】
また、回転軸受３３が固定されない方の非回転部３５，１３５の略中央には、回転軸受３８，１３８の一端が固定されている。なお、回転軸受３８，１３８の他端は、導水管Ｄまたは揚水管Ｙの管周壁１５を貫通し、管周壁１５に固定されている。そして、回転軸受３８，１３８の内部には、非回転部３５，１３５から延出した回転軸３７，１３７が挿通されている。
【００３５】
これにより、導水管Ｄに流入した海水によって水車３０が回転すると、回転軸３２が水車３０と共に回転し、回転軸３２の回転によって水車１３０が回転させられる。
【００３６】
なお、ベアリング部分は、不図示の軸封装置によって水密性が保持されている。また、回転軸受３３，３８，１３８が導水管Ｄ，揚水管Ｙの管周壁１５を貫通する部分には、水密性を保持するためのシーリング材が装着されており、回転軸受３３，３８，１３８内部や中空間７０に海水が浸入しないように構成されている。
【００３７】
なお、水車３０，１３０の構造、回転軸３２，３７，１３７及び回転軸受３３，３８，１３８の配設構造は本例に限定されるものではなく、公知の技術によって、導水管Ｄ内の水車３０の回転動力が揚水管Ｙ内の水車１３０へ伝達されるように構成されていれば良い。
【００３８】
次に、本例に係る水力発電設備Ｓを利用した発電方法について説明する。まず、変電所９１からの指令により開閉扉１４を開けて取水口１２から導水管Ｄに海水を流し込む。すると、導水管Ｄに流入した海水の圧力及び流速により水車３０が流水方向に回転する。
【００３９】
そして、水車３０が回転すると回転軸３２が回転し、回転軸３２に連結された水車１３０が水車３０と同じ方向に回転させられる。このように、水車３０と水車１３０が回転軸３２で連結されていることにより、導水管Ｄ内の水車３０の回転動力が、回転軸３２を介して揚水管Ｙ内の水車１３０へ伝達される。
【００４０】
導水管Ｄを流下する海水は、高低差から生じた位置エネルギーだけでなく、導水管Ｄを通過中、その絞り管構造によってもその流速が高められる。そして、高速で落とし込まれた海水により、発電室１０内の水力タービン１１が回転し、発電が行われる。
【００４１】
発電後の海水は、発電室１０から連通管１９内を垂直に落下し、その後、方向転換して揚水管Ｙに流れ込む。このとき、水車１３０が回転していることにより、海水が水車１３０の回転による揚水力と、揚水管Ｙの絞り管構造による流速の増大化の作用により揚水され、貯水場ＰＯに排水される。
【００４２】
このように、揚水管Ｙ内に流れ込んだ海水は、その流速が、水車１３０の揚水作用により補足され、かつ絞り管構造により高まりながら押し上げられる。その結果、電気を使用することなく発電後の海水を揚水することができ、発電効率の良い水力発電設備Ｓを得ることができる。
【００４３】
また、発電室１０から貯水場ＰＯへ揚水された海水は、いったん貯水場ＰＯに貯水され、引き潮時に開閉弁２２ａを開くことで、排水管２２を通して海に排水される。
【００４４】
そして、揚水管Ｙの流出口１７が取水口１２側の海面の数ｍ下に位置すること、さらに、貯水場ＰＯの海水を引き潮時に海に排水し、貯水場ＰＯの海面を取水口１２側の海面よりも低くすることにより、継続的な発電を行うことが可能となっている。
【００４５】
なお、本例では、海水の潮位差を利用して発電を行う例を示したが、水力発電設備Ｓを設ける場所は海に限定されるものではない。すなわち、本例の水力発電設備Ｓは、潮の満ち引きが起こる場所に設けられればよく、川や湖等の地上水を利用して発電を行うことも可能である。
【００４６】
また、図３は別の例を示す回転動力発生手段及び揚水手段の拡大説明図である。なお、前記実施例と同一部材には、同一符号を付してその説明を省略する。図３に示すように、本例では、上述した実施例と同様に、導水管Ｄの所定位置には回転動力発生手段として水車３０が内設され、揚水管Ｙの所定位置には揚水手段としての水車１３０が内設されている。なお、水車３０，１３０は、水流方向に回転可能に配設されている。
【００４７】
また、本例の水車３０，１３０には、水車３０，１３０と共に回転する回転軸４２，１４２が配設されている。回転軸４２，１４２は、中空間７０側の回転部３４，１３４の略中央から延出している。そして、回転軸４２，１４２は、略筒状の回転軸受４３，１４３に挿通され、回転軸受４３，１４３の内部に設けられたベアリング７５によって回転可能に軸支されている。
【００４８】
なお、回転軸受４３，１４３は、一端が中空間７０側の非回転部３５，１３５の略中央に固定され、他端が導水管Ｄ，揚水管Ｙの管周壁１５を貫通して中空間７０内に位置している。さらに、回転軸受４３，１４３は管周壁１５に固定されている。
【００４９】
これにより、導水管Ｄに流入した海水によって水車３０が回転すると、回転軸４２が水車３０と共に回転する。なお、水車３０の回転軸４２は揚水管Ｙ側へ延出し、水車１３０の回転軸１４２は導水管Ｙ側へ延出し、回転軸４２，１４２の一端は、中空間７０まで延出している。
【００５０】
なお、ベアリング部分は、不図示の軸封装置によって水密性が保持されている。また、回転軸受４３，１４３が導水管Ｄ，揚水管Ｙの管周壁１５を貫通する部分には、水密性を保持するための、シーリング材が装着されており、回転軸受４３，１４３内部や中空間７０に海水が浸入しないように構成されている。
【００５１】
そして、中空間７０には、導水管Ｄ内の水車３０の回転動力を揚水管Ｙ内の水車１３０へ伝達するための動力伝達手段４１が配設されている。動力伝達手段４１は、水車３０の回転軸４２に配設され、水流方向に回転可能な第１の傘歯車と、水車１３０の回転軸１４２に配設され、水流方向に回転可能な第２の傘歯車と、第１の傘歯車及び第２の傘歯車に噛合し、水流と略直交する方向に回転可能な第３の傘歯車によって構成されている。なお、本例では、回転軸４２に配設されに配設された第１の傘歯車を８０ａ、回転軸１４２に配設された第２の傘歯車を８０ｃ、第１の傘歯車及び第２の傘歯車に噛合する第３の傘歯車を８０ｂとする。
【００５２】
中空間７０には、一端が導水管Ｄの管周壁１５に固定され、他端が揚水管Ｙの管周壁１５に固定された支持部材４６が配設されており、傘歯車８０ｂは回転部材４７を介して支持部材４６に連結されている。なお、回転部材４７は、一端が傘歯車８０ｂに固定され、他端が支持部材４６に回動可能に連結されている。
【００５３】
このように構成すると、取水口１２から導水管Ｄに海水を流し込むと、導水管Ｄに流入した海水の圧力及び流速により水車３０が流水方向に回転する。そして、水車３０が回転すると、水車３０に連結された回転軸４２が水車３０と同じ方向に回転する。なお、本例では、水車３０，回転軸４２が図３中矢印Ａ方向に回転する場合について説明する。回転軸４２には傘歯車８０ａが配設されており、回転軸４２が回転すると、傘歯車８０ａが水車３０と同じ方向（図中矢印Ａ方向）に回転する。
【００５４】
また、傘歯車８０ａが図中矢印Ａ方向に回転すると、傘歯車８０ｂが図中矢印Ｂ方向へ回転する。さらに、傘歯車８０ｂが回転することにより、傘歯車８０ｃが図中矢印Ｃ方向へ回転し、回転軸１４２が回転する。そして、回転軸１４２が図中矢印Ｃ方向に回転することにより、回転軸１４２に連結された水車１３０が水車３０と逆の方向（図中矢印Ｃ方向）に回転させられる。このように、本例では、導水管Ｄ内の水車３０の回転動力が、３つの傘歯車８０ａ，８０ｂ，８０ｃからなる動力伝達手段４１を介して揚水管Ｙ内の水車１３０へ伝達される。
【００５５】
そして、発電後の海水が揚水管Ｙに流れ込むと、水車１３０が図中矢印Ｃ方向へ回転していることにより、海水が水車１３０の回転による揚水力と、揚水管Ｙの絞り管構造による流速の増大化の作用により揚水され、貯水場ＰＯに排水される。このように、揚水管Ｙ内に流れ込んだ海水は、その流速が、水車１３０の揚水作用により補足され、かつ絞り管構造により高まりながら押し上げられる。その結果、電気を使用することなく発電後の海水を揚水することができ、発電効率の良い水力発電設備Ｓを得ることができる。
【００５６】
なお、本例では、傘歯車８０ａ，８０ｂ，８０ｃとして直歯傘歯車を使用しているが、斜歯傘歯車や曲歯傘歯車を使用しても良い。
【００５７】
図４，５は本発明の他の実施形態に係るものであり、図４は水力発電設備の説明図、図５は図４の回転動力発生手段及び揚水手段の拡大説明図である。なお、前記実施例と同一部材には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
本例では、導水管Ｄに回転動力発生手段としてのスクリュープロペラ５０が内設され、揚水管Ｙに揚水手段としてのスクリュープロペラ１５０が内設されている。図４に示すように、スクリュープロペラ５０，１５０は、水流と略直交する方向に回転可能なように配設されている。なお、本例では、スクリュープロペラ５０，１５０を導水管Ｄ，揚水管Ｙの略中央部に設けている。
【００５９】
図５に示すように、スクリュープロペラ５０，１５０は、ボス部５６，１５６に複数の羽根５１，１５１を取り付けることにより構成されている。なお、ボス部５６，１５６の下側には回転軸５２，１５２が取り付けられている。また、羽根５１，１５１はボス部５６，１５６側から外周側へ湾曲した形状をなしていると共に、ボス部５６，１５６に所定角度傾斜して取り付けられている。これにより、海水がプロペラに衝突し、海水の圧力及び流速を回転動力に変換することができる。なお、スクリュープロペラ５０，１５０の大きさ、形状は本例に限定されるものではない。
【００６０】
また、スクリュープロペラ５０，１５０の外周側には枠体５３，１５３が配置されている。枠体５３，１５３は、略Ｃ型断面の固定手段５４，１５４によって導水管Ｄ，揚水管Ｙの管周壁１５に固定されている。なお、本例の固定手段５４，１５４はウェブ部分が導水管Ｄ，揚水管Ｙから突出し、地面の中に固定されている。
【００６１】
また、枠体５３，１５３には支持部材５５，１５５が架設されている。なお、支持部材５，１５５は、スクリュープロペラを挟んで１対設けられている。そして、ボス部５６，１５６が支持部材５５，１５５の略中央部分に不図示のベアリング等を介して回動可能に連結されている。
【００６２】
また、ボス部５６，１５６には発電室１０側に延出する回転軸５２，１５２が取り付けられており、回転軸５２，１５２の下端部には、第１の傘歯車，第２の傘歯車が配設されている。本例では、スクリュープロペラ５０の回転軸５２に配設された第１の傘歯車を８０ｅ、スクリュープロペラ１５０の回転軸１５２に配設された第２の傘歯車を８０ｈとする。なお、傘歯車８０ｅ，８０ｈは、水流と略直交する方向に回転可能なように配設されている。
【００６３】
さらに、回転軸５２，１５２が延出する側の支持部材５５（不図示）には、水密性を保持した水密ケース６５，１６５が配設されている。そして、導水管Ｄ側の水密ケース６５と揚水管Ｙ側の水密ケース１６５の間には、略筒状の連結棒受６３が架設されている。連結棒受６３は、導水管Ｄ，揚水管Ｙの管周壁１５及び水密ケース６５，１６５を貫通し、端部が水密ケース６５，１６５内に位置するように配設され、その内部に連結棒６２が挿通されている。本例の連結棒６２は、連結棒受６３の内部に設けられたベアリング７５によって回転可能に支持されている。なお、連結棒受６３は、導水管Ｄ，揚水管Ｙの管周壁１５に固定されている。
【００６４】
そして、水密ケース６５内に位置する連結棒６２の端部には、傘歯車８０ｅと噛合すると共に水流方向に回転可能な第３の傘歯車が配設され、水密ケース１６５内に位置する連結棒６２の端部には、傘歯車８０ｈと噛合すると共に水流方向に回転可能な第４の傘歯車が配設されている。本例では、傘歯車８０ｅと噛合する第３の傘歯車を８０ｆ、傘歯車８０ｈと噛合する第４の傘歯車を８０ｇとする。
【００６５】
つまり、水密ケース６５内には、スクリュープロペラ５０から下方へ延出した回転軸５２と、回転軸５２の下端部に配設された傘歯車８０ｅと、連結棒６２の端部に配設され、傘歯車８０ｅと噛合する傘歯車８０ｆが収納されている。
【００６６】
また、水密ケース１６５内には、スクリュープロペラ１５０から下方へ延出した回転軸１５２と、回転軸１５２の下端部に配設された傘歯車８０ｈと、連結棒６２の端部に配設され、傘歯車８０ｈと噛合する傘歯車８０ｇが収納されている。
【００６７】
このように、本例では、傘歯車８０ｅ，８０ｈ，端部に傘歯車８０ｆと傘歯車８０ｇを備えた連結棒６２からなる動力伝達手段６１を介して、スクリュープロペラ５０の回転動力がスクリュープロペラ１５０へ伝達されるように構成されている。
【００６８】
なお、ベアリング部分は、不図示の軸封装置によって水密性が保持されている。また、水密ケース６５，１６５の接続部分には、水密性を保持するためのシーリング材が装着されている。これにより、連結棒受６３や水密ケース６５，１６５内部に海水が浸入しないように構成されている。水密ケース６５，１６５としては、アクリル製等の水密ケースを用いることができる。
【００６９】
次に、本例に係る水力発電設備Ｓを利用した発電方法について説明する。なお、前記実施例と同様の部分についてはその説明を省略する。
【００７０】
まず、開閉扉１４を開けて取水口１２から導水管Ｄに海水を流し込むと、海水の圧力及び流速によってスクリュープロペラ５０が回転する。なお、本例では、スクリュープロペラ５０が図５中矢印Ｅ方向に回転する場合について説明する。スクリュープロペラ５０が図中矢印Ｅ方向に回転すると、スクリュープロペラ５０に連結された回転軸５２がスクリュープロペラ５０と同じ方向に回転する。そして、回転軸５２には傘歯車８０ｅが配設されており、回転軸５２が回転すると、傘歯車８０ｅがスクリュープロペラ５０と同じ方向（図中矢印Ｅ方向）に回転する。
【００７１】
また、傘歯車８０ｅが図中矢印Ｅ方向に回転すると、傘歯車８０ｆが図中矢印Ｆ方向へ回転する。傘歯車８０ｆが回転することにより、連結棒６２が傘歯車８０ｆと同じ方向（図中矢印Ｆ方向）へ回転し、傘歯車８０ｇが図中矢印Ｇ方向へ回転する。そして、傘歯車８０ｇが図中矢印Ｇ方向へ回転することにより、傘歯車８０ｈが図中矢印Ｈ方向へ回転する。
【００７２】
さらに、傘歯車８０ｈが回転することにより、回転軸１５２が回転し、回転軸１５２に連結されたスクリュープロペラ１５０がスクリュープロペラ５０と逆の方向（図中矢印Ｈ方向）に回転させられる。このように、本例では、導水管Ｄ内のスクリュープロペラ５０の回転動力が、傘歯車８０ｅ，８０ｈ，端部に傘歯車８０ｆと傘歯車８０ｇを備えた連結棒６２からなる動力伝達手段６１を介して揚水管Ｙ内のスクリュープロペラ１５０へ伝達される。
【００７３】
なお、導水管Ｄを流下する海水は、高低差から生じた位置エネルギーだけでなく、導水管Ｄを通過中、その絞り管構造によってもその流速が高められ、発電室１０内の水力タービン１１を回転させることにより発電が行われる。
【００７４】
そして、発電後の海水は、発電室１０から連通管１９内を垂直に落下し、その後、方向転換して揚水管Ｙに流れ込む。このとき、スクリュープロペラ１５０が図中矢印Ｈ方向へ回転していることにより、海水がスクリュープロペラ１５０の回転による揚水力と、揚水管Ｙの絞り管構造による流速の増大化の作用により揚水され、貯水場ＰＯに排水される。このように、揚水管Ｙ内に流れ込んだ海水は、その流速が、スクリュープロペラ１５０の揚水作用により補足され、かつ絞り管構造により高まりながら押し上げられる。その結果、電気を使用することなく発電後の海水を揚水することができ、発電効率の良い水力発電設備Ｓを得ることができる。
【００７５】
なお、本例では、スクリュープロペラ５０が図中矢印Ｅ方向に回転し、スクリュープロペラ１５０が図中矢印Ｈ方向へ回転する例を示したが、羽根５１の形状等を変えて、スクリュープロペラ５０，１５０が本例と逆方向に回転するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係る水力発電設備の説明図である。
【図２】図１の回転動力発生手段及び揚水手段の拡大説明図である。
【図３】別の例を示す回転動力発生手段及び揚水手段の拡大説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る水力発電設備の説明図である。
【図５】図４の回転動力発生手段及び揚水手段の拡大説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  発電室
１１  水力タービン（水力発電機）
１２  取水口
１３  排水口
１４  開閉扉
１５  管周壁
１６  流入口
１７  流出口
１８  湾曲部
１９  連通管
２０，２１  貯水場周壁
２２  排水管
２２ａ  開閉弁
３０，１３０  水車（回転手段）
３１，１３１  羽根
３２，３７,１３７  回転軸
３３，３８,１３８  回転軸受
３４，１３４  回転部
３５，１３５  非回転部
３６，１３６  連結部材
４１  動力伝達手段
４２，１４２  回転軸
４３，１４３  回転軸受
４６  支持部材
４７  回転部材
５０，１５０  スクリュープロペラ（回転手段）
５１，１５１  羽根
５２，１５２  回転軸
５３，１５３  枠体
５４，１５４  固定手段
５５，１５５  支持部材
５６，１５６  ボス部
６１  動力伝達手段
６２  連結棒
６３  連結棒受
６５，１６５  水密ケース
７０  中空間
７５  ベアリング
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇ，８０ｈ  傘歯車
９０  エレベータ
９１  変電所
Ｄ  導水管
ＰＯ  貯水場
Ｙ  揚水管
Ｓ  水力発電設備
Ｗ  満潮時の海面
Ｌ  干潮時の海面
【図１】
2009281142.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009281142.tif 000006
【図５】
2009281142.tif 000007