CN104769275A - 使用水流能量的无底杯式水力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于通过使用阻力型水轮机解决升力型中存在的难点，提供一种廉价且无公害、可用于大容量发电的水力转换装置，作为水下水轮机，其特征在于，水轮机为绕旋转轴旋转的旋转水轮机或在一对擒纵轮之间敷设有连续皮带的循环链带水轮机，在所述旋转水轮机的外轮上或所述循环链带水轮机的连续皮带上通过枢轴可自由立起/自由倒伏地枢转安装有无底杯，在所述外轮或所述连续皮带与水流方向同向行进的状态下，所述无底杯成为立起状态，杯底部由设置在所述外轮上或所述连续皮带上的底板封堵，从而作为水流阻力大的受水杯发挥作用，在与水流方向逆向行进的状态下，所述无底杯成为倒伏状态，由于杯底部成为开口状态而减小水流阻力，从而利用两种状态的阻力差进行自转或公转，通过在所述无底杯成为倒伏状态的上游侧设置挡水板，使逆向行进路径形成停滞水域，使离心力作用于无底杯，从而从倒伏状态回归到立起状态。

Description

使用水流能量的无底杯式水力转换装置

技术领域

本发明涉及将水流的能量转换为旋转力的水力转换装置，特别涉及阻力型水下水轮机以及水下循环链带水轮机。

背景技术

已经发表了各种各样的利用海洋能进行发电的方法，但在其中，如果着眼于利用海洋能的基本，也就是水流进行水力转换的方法，则目前还处于开始实验性使用升力型叶轮的阶段。

对于阻力型而言，非专利文献1所示的、可以在水下使用的方法都未被实用化，在专利文献1中，有在挤压口中产生大损耗的危险，因此，目前没有可以在阻力型水轮机上实用的方法。

也就是说，对于利用流体动能的方法，大致分为升力型和阻力型两种，但是如果将其按照旋转轴相对流向的方向划分，则平行的为升力型，正交的为阻力型，没有可以在水下使用的阻力型，升力型也尚未在水下有取得实际成果。

因此，如果列举通用的风力发电机为代表例对问题点进行说明，则为，升力型的风力发电是将动能最大化后进行利用的方式，但另一方面，对于过大能量的控制方法只有切断，另外也存在失速现象、适应流速范围窄的缺点，平均一架发电机的最大发电量存在限度。

进一步阐述，当旋转面为一个圆形并使其高速旋转时，产生扰动，未发挥叶片效果，因此如非专利文献2那样减小叶片宽度和叶片个数，但是产生直接通过叶片间空隙而不产生任何力的无用流量增多的矛盾，功率为每台30％，另外，通过大功率产生小转矩的动力不适用于需要大转矩的发电机。

而且，由于相邻的彼此间不能连结，因此不能进行大容量发电，即使建立多个也不能降低成本。

专利文献1：日本国专利第4917690号

非专利文献1：波力发电(从原理到应用)海流、潮流发电系统P7能量株式会社(波力発電(原理から応用まで)海流·潮流発電システムP7パワー社)

非专利文献2：图解风力发电的全部风车的基础知识P48株式会社工业调查会(図解風力発電のすべて風車の基礎知識P48株式会社工業調査会)

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于通过使用阻力型水轮机解决上述的升力型的难点，从而提供一种廉价且无公害、可用于大容量发电的水力转换装置。

解决问题的手段

本发明的水力转换装置，为水下水轮机，其特征在于，水轮机为绕旋转轴旋转的旋转水轮机或在一对擒纵轮之间敷设有连续皮带的循环链带水轮机，在旋转水轮机的外轮上或循环链带水轮机的连续皮带上通过枢轴可自由立起/自由倒伏地枢转安装有无底杯，在外轮或连续皮带与水流方向同向行进的状态下，无底杯成为立起状态，杯底部由设置在外轮上或连续皮带上的底板封堵，作为水流阻力大的受水杯发挥作用，在与水流方向逆向行进的状态下，无底杯成为倒伏状态，由于杯底部成为开口状态而减小水流阻力，从而利用两种状态的阻力差进行自转或公转，通过在无底杯成为倒伏状态的上游侧设置挡水板，使逆向行进路形成停滞水区域，使离心力作用于无底杯，从而从倒伏状态回归到立起状态。

由此，在杯承受水流的流动同向行进的同向行进路上，作为有底杯吸收流动的能量，在与水流的流动相反的逆向行进路上，水流从无底杯开口的底部穿过，水轮机即使在水下也可以连续旋转。

另外，通过在无底杯的逆向行进路的前方设置挡水板形成停滞水区域，对于无底杯的受压板背面的水流力减小。

在单轴水轮机或连续皮带等的阻力型水轮机中，通过受水杯在同向行进路径和逆向行进路径中的阻力差旋转，但是完全浸没在水下难以增大该阻力差。

在公知的链带水轮机中，从立起到倒伏状态的旋转为大约一个直角的旋转，但是从倒伏到立起状态的旋转需要大约3个直角的旋转，而且受压板的背面被水流按压，因此难以解决杯的旋转方式，但是在本申请中，无底杯的重心远离枢轴，因此通过离心力进行旋转，因此，在水流中通过挡水板形成停滞水域，其中，该杯通过离心力成为半立起状态，接下来的流入水撞击该杯的内侧，使其成为立起状态。

另外，在杯承受水流的流动而同向行进的同向行进路径上，作为有底杯吸收流动的能量，在与水流方向相反的逆向行进路径中，水流从无底杯开口的底部穿过，通过两者的阻力差产生旋转力，因此，不管是纵置型还是横置型都可动，可以构成即使水轮机在水下也可以连续自转或公转的阻力型水轮机。

另外，在阻力型水轮机中，因为水流撞击受压板6a而产生力，因此对于置于水流中的无底杯的阻力，当设定D＝产生的阻力、C_D＝阻力系数、S＝投影面积、K＝动压(Pa)、K＝1/2*ρ*U²、U＝外界流速、ρ＝流体密度时，立起状态的阻力表达为D₁＝C_D1*S₁*K₁，同样，倒伏状态的阻力表达为D₂＝C_D2*S₂*K₂。

如果比较两式，则S₁＞S₂，且由于C_D1＞C_D2，因此D₁＞＞D₂，由于阻力差大而旋转。

下面，当分析各自的系数比时，投影面积的比RS＝S₁/S₂是受压板的最大面积与板厚之比，其为几十倍，对于阻力系数的比RC_D＝C_D1/C_D2，在半球状杯的情况下，C_D1＝1.33、C_D2＝0.33，因此比RC_D＝C_D1/C_D2＝4，但是由于无底杯为弯曲的板，因此在4之上。

因此，RS和RC_D同时增大，阻力比D₁/D₂＝(RC_D*R_S)*K变得非常大，远超性能良好的叶片的升阻比。

因此，适于宽广的流速范围，不受贝茨最大效率限制，而且可以利用外界流速提高能量，具有实用性。

相比升力型的叶片，阻力型杯易于制作。

另外，在逆向行进路径的管路中，由于无底杯的受压板与水流大致平行地移动，因此截面积和阻力系数两方面都缩小，阻力变小。

本发明也可以为循环链带水轮机，其中，在具有水中浮力的中央主体的全周形成连续皮带的带面从而配置一圈上述连续皮带，在贯通中央主体的两侧面安装的擒纵轮轴的两端部分别固定擒纵轮，通过将形成于连续皮带两侧的突轴和设置在该擒纵轮上的链轮齿啮合，从而将水流能量转换为擒纵轮轴的旋转力。

这样，可以用连续皮带分割为同向行进路径和逆向行进路径，并且可以通过皮带的长度容易地调节水流路的长度。

另外，通过形成为设于连续皮带的突轴与擒纵轮的链轮齿啮合的结构，使得不易于缠绕漂流的垃圾或海藻等。

当连续皮带沿上下方向绕中央主体的全周旋转时，该主体为悬空状态，因此在该主体的内部贯通多个擒纵轮轴，并通过设于纵隔板的轴承进行固定支承。

这里，使中央主体延伸至比上游侧的擒纵轮更靠近前方上侧，底面形成为反向倾斜面，在该前方延伸部设置小型导轮，但是也可以进一步通过将挡水板内侧设置为小内径的圆筒形、或在低流速区域中使用该反向倾斜面、或靠近该小型导轮设置张紧装置的任一项使无底杯旋转。

使第三擒纵轮轴贯通中央主体，设置小直径导轮，则连续皮带的角速度变大，作用于无底杯的离心力增强。

另外，使挡水板与装置一体化，将其内侧设置为小内径的圆筒形，当将其设置为比无底杯的前端部自由旋转的外径更小时，也可以设置为受压板的外表面被圆筒面按压的同时旋转，并在设于圆筒面出口的导辊处一下子释放，受绕导轮轴的角速度和绕枢轴的角加速度的双重作用，产生瞬间爆发力，增强无底杯的旋转力。

另外，也可以通过在小型导轮和上游侧的擒纵轮之间设置将旋转的连续皮带向内侧方向牵引的张紧装置，以对无底杯施加旋转力，不设置挡水板而使无底杯回归到立起状态，或在小型导轮附近形成无底杯通过重力立起的方向的反向倾斜面。

本发明不限制旋转输出的获取方法，例如，可以单独使用从与擒纵轮同轴安装的主动齿轮到传输的输出轴之间的传输系统，也可以将其与变速齿轮和单向离合器组合使用。

通过导轮和张紧装置的两级组合，预先缓慢吊起连续皮带，使连续皮带绕导轮卷入，使其成为立起状态，或使其形成反向倾斜面，使支承于枢轴的无底杯自然下落，通过即使在小流速下也完成旋转，从而使其完全自启动。

本发明也可以将两个以上的多台循环链带水轮机用连结件并列连结，通过漂浮配置而形成为较长装置，独立设置的外部浮力体具有支承柱和紧固件，将上述连结工具紧固在支承柱上并将紧固索与紧固件紧密连接，使在设置于上述各台水轮机的擒纵轮轴产生的旋转力输出到通用轴。

本发明为连续皮带的旋转轴与流向正交的阻力型水轮机，因此若设定U为外界流速(m/s)、ρ为质量(kg/m³)、Q为体积流量(m³/s)、P为动能(J/s＝W)，则理论发电量为P＝ρQU²/2(W)，与流入水量Q成比例。

因此，将各台循环链带水轮机通过连通工具结合多台，使其形成为漂浮并列配置的较长装置，将各装置得到的转矩集中至一根通用轴，使其产生大的角动量，因此当使其漂浮时，可以大量获得表层部的高能量密度的水流。

在该较长装置的两端预先设置具有支承柱和紧固件的外部浮力体，将连结件(连通工具)固定在支承柱上，通过紧固索和锚将该外部浮力体系住，则较长装置克服水流压力漂浮固定在水下，因此发挥大容量的发电能力，降低发电成本。

另外，通过设置外部浮力体并使其分担中间支承和紧固的外力，使得装置可以使用相同的产品，从而可以进行大量生产。

另一方面，由于升力型不能将相邻的水轮机彼此连结，因此大容量发电只能依靠将单台大型化，不能降低经济成本。

本发明也可以形成较短装置，在该较短装置中将环形锁带水轮机的多个擒纵轮轴设置为一根实际使用长度的共用驱动轴，相邻的较短装置的纵隔板之间形成间隔作为齿轮室，在从上述共用驱动轴向通用轴的转矩传输路径中设置变速齿轮和单向离合器并将其安装在齿轮室中。

本发明也可以将完全浸没在水下的连续皮带的转动路径分割为上侧和下侧两个回路，各回路在两端部具有流入口部和流出口部，通过在该流出口部设置形成可动式或固定式的挡水板，以使得形成为在上述上侧和下侧的回路中通过上述挡水板互相自动交替工作，其中，一个回路作为从流入口流入水流的同向行进路径工作，另一个回路作为阻止流入水并使无底杯旋转的逆向行进路径工作。

在将连续皮带的转动路径分割为上下两段回路时，由于都在水下开口，因此使各流入口设置在装置的前后，在各流入口使用挡水板引导往流和返流，使各管路发挥同向行进路径的作用和逆向行进路径的作用，从而每当流向反转时，使同向行进路径和逆向行进路径的作用交替起作用。

同向行进路径的作用是使管路的入口和出口打开，逆向行进路径的作用是关闭入口或引导外界流，在出口使无底杯旋转。

利用往返流的水力转换装置是通过对于来自任一侧的流动都使连续皮带的旋转时常为相同方向而实现的。

将连续皮带的转动路径分割为上侧和下侧两个回路，使各回路的两端为流入口部和流出口部，并相互朝向相反方向设置。

在设于两侧的流出口部安装被自动开闭控制的挡水板，对来自流入口部的流入水，打开并使其流出，但对来自相反方向的浸入水，关闭并阻止。

由于是完全浸水式的水轮机，所以设于前后的流入口部在水下打开，对应往返流，对于来自任一侧的流入水，回路另一端的挡水板都打开使其流出，因此形成为同向行进路径，获得驱动力。

另外，在流入口部，在向下旋转的一侧，通过反向倾斜面使其自然下落，在向上旋转的一侧设定上述的两级组合导轮，从而对来自任一侧的流入水都进行自启动。

虽然回路在开放水路中工作，但是，也可以形成使用上下顶板或底板的导水路径保护杯不受漂流物影响，或形成压力管路，提高效率。

自动开闭控制的挡水板是在长周期的潮流中通过与水的比重差和流速进行控制的可动式，但是由于在短周期的波浪流中使用百叶窗结构(以下称为夹缝)的固定臂，因为固定而大大减少了故障发生。

自动开闭控制的挡水板对于可动式挡水板形成为上段为下降式，下段为上浮式，按照与水的比重差和流速的强弱进行开闭动作。

另外，在固定式中，在具有厚度的弯曲横档(以下称为臂)上刻出相同方向的槽，臂的形状或夹缝的槽的倾斜角度将外界水流的流入反射，引导至其它流入口。

相反，对于来自流入口部的水流，使用相同夹缝的倾斜角度和充分的凹陷部，使其流出到外部。

升力型只能利用单方向的流动，全没水型水轮机可以利用往返流，因此效率加倍。

同向行进路径的作用是使管路的入口和出口打开，逆向行进路径的作用是关闭入口或引导外界流，在出口使无底杯旋转。

本发明也可以使用水密轻量混凝土制作构成装置的部件后将其组合，该水密轻量混凝土是在水密的水泥粘结材料中将表面外壳壁密闭的中空体(以下，称为密闭型中空体)大小的粒径以适当的粒度分布混合而制成，或组架钢筋结构体，使用与该水密轻量混凝土结合的水密轻量钢筋混凝土，形成具有密闭的区域体的构造物，使水下水轮机或循环链带水轮机利用自身的浮力进行上浮。

水密轻量混凝土是指，由于使用水泥粘结材料的混凝土复合体，因此根据与混合的材料的比例，调整性能、比重以及强度，从而使用水密性的水泥粘结材料形成中性化或不劣化的高耐久性的混凝土，减小混合的密闭型中空体的表观比重，即使在水泥粘结材料中也作为不吸水的浮力材发挥作用，根据使用深度，使用具有合适的耐压强度的中空体的水密轻量混凝土。

另外，调整大小密闭型中空体的粒度分布，形成提高了填充率的超轻量水密混凝土，可以制作在水下不吸水且比重和耐久性都不变的在水下漂浮的混凝土。

在需要大浮力的地方，通过形成与克服外力的钢筋架结合为一体的水密轻量钢筋混凝土，来制作密闭的区域体使其产生水中浮力而实现大浮力。

水密轻量混凝土从各种浮力材料中选择密闭型中空体使用，作为密闭型的各种中空体，具有微小中空体或中空多胞体、硬质中空体或低发泡率的发泡树脂体等，可以从这些中进行选择，或者根据目的进行加工而得到。

另外，加入了各种水密剂、橡胶胶乳或树脂乳液的聚合物水泥等包含在水密性水泥粘结材料中。

这样，若使用水密轻量混凝土形成依靠自力漂浮的装置，则形状或设计的自由度变大，也可以制作复杂的装置，也可以实现小型化。

另外，不会产生像普通混凝土那样在水下释放强碱性的危害，使装置自身通过自力漂浮，从而去除与外部浮力体的结合部，大量减少流失事故，施工变得简单，可以通过大量生产提供廉价的产品。

另外，通过形成水密轻量混凝土，去除目前无用的后璧，使其轻量化，因此不需要用于产生浮力的空间，实现小排水量化。

目前，在浮码头等大型构造物中，用普通混凝土制造箱体，向其内部空间填充发泡苯乙烯等成形品，使其通过自身浮力进行上浮，但是对于由于渗水产生的混凝土劣化，通过增加壁厚来维持规定的耐用年数。

另外，因为普通混凝土过重(比重ρ＝2.3)，因此小型构造物不能漂浮。

另外，轻量混凝土(ρ＝1.3～1.9)的轻量骨架材料具有吸水性，所以不能在水下使用。

因此，为了使装置等漂浮，使用由水密性材料制造的通用定形品作为外部浮力体将主体悬挂或连结支承，但是，经常发生由于连结工具的破损或结合材料的变形、断裂所导致的流失事故。

通过形成可利用自身浮力进行上浮的水力装置，可以形成流体阻力小的外形，使装置小型化，可以利用高流速的高能量密度的水流。

另外，装置的小型化不仅可以降低材料工本费，也可以提高漂浮拖航的便利性并削减工程费。

另外，也可以将循环链带水轮机设于顶板和底板的内侧，设于循环链带水轮机的中央部的擒纵轮的链轮齿和绕上下回路旋转的连续皮带的突轴同时啮合，使传输转矩的齿轮类收纳于上述齿轮室，使厚重的通用轴降低到上述底板的位置，使顶板具有用于自上浮的浮力，底板根据需要设置为水密重质量混凝土。

对于波长短的波浪，在装置的中央设置一个擒纵轮，使连续皮带的转动路径缩短，通过在最上方的大浮力和搭载于最下方的重物之间使大的重量恢复力作用，由此，利用装置自身的稳定力抑制波浪引起的摇动，从而利用波动流的能量。

即，以前，抑制波浪引起的摇动的方法只有增长船长度防止纵摇，但是本申请的装置是使装置进一步缩短的同时，还抑制摇动，捕获波浪的动能进行利用。

恢复力的一般式为S＝W*GZ＝W*GM*sinθ。

上式中，W＝重力(排水量)、γV＝浮力、M＝定倾中心、G＝重心、B＝浮心、GZ＝恢复力臂(从G到浮力作用线的垂直线)、GM＝定倾中心高(G和M之间的距离)、θ＝船的倾斜角度。

上式用于θ小的初期恢复力中，对于大角度下的恢复力，使用

S＝W*GZ＝W*(BR－BQ)＝W*(BR－BG*sinθ)。

上式中，GZ＝恢复力臂、B＝倾斜角为0时的浮心、Bθ＝倾斜后的浮心、Mθ＝倾斜后的定倾中心、BR＝从B到BθMθ浮力作用线的垂线、BG＝从B到G的距离。

上式中，第一项W*BR是只与船型有关的项。

另外，第二项W*BQ称为重量恢复力，只与重心的高度有关。

本申请中，上述式中，将BG(从B到G的距离)增大，使重量恢复力作用，因此，通过增大最上方的大浮力和搭载于最下方的重物的距离，实现恢复力增大。

即，使重量恢复力作用来抑制摇动，如果需要，也可以将底板设置为比重高的水密重质量混凝土，使重心进一步降低。

另外，使连续皮带的旋转方向相对波向朝上，缩短转动路径，更好地跟随短周期波浪的水粒子运动。

擒纵轮的链轮齿通过与上下的连续皮带同时啮合，不产生松弛并可靠传输，即使擒纵轮产生过渡旋转，无底杯也可以在逆流中使用，不会产生问题。

而且，外部浮力体也可以形成为半潜式平台，其为将长条且为纺锤形的耐压潜水外壳和突出到水面上的细长圆柱结合为一体的半潜式外壳结构，在上述耐压潜水外壳的外部具有支承柱和紧固件，耐压潜水外壳的内部具有半潜水状态的作业室和朝向外部水中设置的开口部，在外壳内底部可搭载压舱物或重物。

将较长装置进行漂浮固定的外部浮力体通常使用作业驳船，在其上部安装支持柱进行，但是其受流动或波动力而摇动，而且由于较长装置的两端进行各种活动，因此难以进行定点支承，并且，为了在驳船上搭载重的发电机等，需要用于得到大的水线面积和形状恢复力的大排水量，如果设计为大型化，则在天气恶劣时的波动力变大，需要中止作业或躲避，因此为了继续发电，产生了使其进一步大型化的恶性循环，对此，目前还未找到解决方法。

在上述大角度回复力的等式：

S＝W*GZ＝W*(BR－BQ)＝W*(v*hh’/V－BQ)中，第一项W*BR称为形状恢复力。

其中，BR＝浮心的水平移动距离。

因此，当船倾斜时，由于倾斜出现露出部和没入部，将该体积设为v，该体积浮心的移动距离设为hh’。

BR＝浮心的水平移动距离为BR＝hh’*v/V。

这是对通过水线面的浮面心的纵轴的二次力矩。

也就是说，当使重量恢复力增大时，形状恢复力变小，因此也就是使水线面积最小，作为形状，通过形成为细长圆柱来解决。

当使BR的形状恢复力极小时，如果形成为细长圆柱，则透波性变好，不使波动力作用。

通过小的水线面积，即使波叠加，摇动也变小。

将重的发电机设置在底部，相反作为稳定力作用，实现小型化，因此使流体阻力变小。

通过减小水线面积，使透波性良好。

使波动力不作用，从而消除了波引起的摇动。

对于波动力，稳定并增强。

寻找对波动力抵抗力强的船型，根据上述等式中关于船型的项目，通过缩小水线面积来解决。

与之相对，半潜式平台与作业驳船相反，其通过缩小水线面积，极大减小型状恢复力，使得透波性良好且波动力不作用，对较长装置不施加无用的应力，重的发电机设置在底部，相反作为稳定力作用，实现小型化，因此使流体阻力缩小。

另外，对于减小水线面积，可以通过减小使较长装置上浮·下降的可移动压舱物的装载和卸下的量有效地进行。

另外，半潜式台架被紧固在固定点上进行海洋作业，在潜水状态下的耐压外壳上的流体力变小，不易受海上暴风波浪的影响，其通过圆柱与海面上连通，形成半潜水状态的作业空间，通过水下开口部连结较长装置，通用轴进行水下持续作业，使用圆柱的海面上部分安装对航行船舶的警戒器具，也可以经常确保紧急时的逃脱通路，比较安全。

细长的圆柱容易调整浮力和潜水深度，易于上浮下降，也可以上浮到低位吃水线位置，同时极大减小型状恢复力，波浪难以使其动摇。

本发明也可以具有输出装置，该输出装置作为权利要求2所记载的循环链带水轮机，其中，同向行进回路具有多个受压部件，该多个受压部件在由周围壁面和带面封闭的导水路径的内部遮蔽内部截面并移动，具有沿着带面密封上下之间的板皮带，该板皮带从两侧的端部突出多个轴部，在该轴部安装飞轮，使该飞轮滑动挡水并且进行连接，通过在板皮带的上侧枢转安装上述受压部件，形成在板皮带的下侧水润滑行进的循环链带，从而将转动的牵引力和移动距离转换为旋转力。

通过形成以下结构，即，使用将沿着水流的两端开口关闭了的管路(以下称为压力管)，在上述压力管的内部具有遮挡该压力管内的截面并移动的多个插入栓，各插入栓以等间隔连结形成循环链带，并具有将该循环链带转动的牵引力和移动距离转化为旋转力的输出装置，从而将水流具有的动能转换为同量的流动功(压力能)，产生下式所示的功率，因此形成为压力型转换装置，管内流速变小，发挥效率提高的特征。。

提案式为：W/δt＝(K-P)*A*V＝(K-P)*Q＝Ft*V。

式中，设定U＝外界流速(m/s)、K＝流速U的流入动压(Pa)为K＝1/2*ρ*U²、ρ＝流体密度(kg/m³)为ρ＝1000、P＝流出动压(Pa)为P＝1/2*ρ*V²、A＝压力管内的截面积，与从插入栓到受压板(以下简称为栓)的截面积相等(m²)、V＝管内流速或栓的移动速度(m/s)、Q＝管内流量(m³/s)Q＝A*V，Ft＝阻力(与管内流相反方向的张紧力)(N)，则L＝移动距离(m)、L＝V*δt，因此W＝功(J)为W＝Ft*L，W/δt＝功率(J/s)为W/δt＝Ft＊V。

也就是说，通过用插入栓阻断压力管内的水流，在管内产生动压K，Fk＝K*A、Fk为动压力(N)作用于栓，但由于阻力Ft的力通过循环链带作用于插入栓，因此形成Fk-Ft＝Fp的固定状态，在流出口作用流出力(N)＝Fp，而流出动压P＝Fp/A，得到流出速度V＝(2*P/ρ)^1/2。

当产生管内流速V时，插入栓以相同的速度移动，阻力Ft以V的速度移动，因此根据定义得到功率为Ft*V。

另外，当对循环链带施加负载，使阻力Ft变化时，Fk为停滞压力，是固定的外力，因此根据流出力Fp自行调整V，移动距离L根据功率变化。

这样，在压力型的水力转换中，管内流量Q乘以入口和出口的动压差(K―P)就是压力能量的功率(W/δt)，其与动能的总量相同，当然也符合能量守恒定律。

另外，目前，在伯努利原理中，未限定运动、位置、压力的各能量的维度全部相同，只有压力能量不是力学能量，但是根据本申请，将其包括了进去，意义很大。

然后，在升力型水轮机中，由于是利用动能的转化，所以最大效率遵从贝茨的极限值，即59.3％，但是在压力型转换中，根据提案式，皮带的旋转速度V(m/s)越小，功率越高，因此可以不受极限值限制，实现高效率。

另外，为了形成提案式所示的压力型转换装置，本申请使安装在各轴部的飞轮前后连接堵住突轴的行进槽，保持由多个受压部件划分的内部压力，使其在密闭上下之间的板皮带的下侧水润滑行进，并且在与后述的导轮轴曲面之间，实现旁路化水流的止水作用。

另外，在升力型中，使其达到最大流速或最大转速进而提高效率，但是极限值的损耗和损失阻力的损耗变大。

另一方面，在压力型中，利用所谓滞点压的外界流速的最大能量值，当形成缓慢的管内流速或旋转速度时反而效率增高，因此如上所述，即使是慢流速也可以旋转，通过低速旋转得到的高转矩由变速齿轮加速，从通用轴传输到发电机轴，并以发电机固有的高效率转换为电力。

此外，在升力型中，发生失速或切断等，适应流速范围被限制地窄，而在压力型中，循环链带的受压部件以等间隔连结多个，因此将管的入口和出口的动压差分割，均匀施加至各受压部件，从而可以良好地适应高能水流或最大负载。

图9中，当在压力管的前部设置压力腔时，其成为稳定流的获取口，并且确保停滞压力稳定，来自杯周边的横溢或湍流入消失。

本发明也可以将同向行进路径由压力管或压力导水路径覆盖，形成从该压力管的侧面密封了逆向行进路径的密闭导水路径，通过阻断由于该密闭导水路径的旁路化而产生的流动水，能够将承受上述压力的导水路径的流出口内区域所产生的负压用作与向在流入口的动压施加的压力差。

在置于流动水下的阻力物体的背后，根据粘性压力阻力(涡流阻力)，由于边界的脱离产生负压区域，在流出口周边也产生负压，但周边水通过在压力导水路径的侧面开口的逆向行进路径流入，压力导水路径内不是零压以下，因此不能利用负压。

本申请通过形成围绕逆向行进路径整个区域的密闭导水路径，阻断在密闭导水路径内的水的流动化，保持在压力导水路径的流出口内产生的负压，从而可以形成与在另一端的流入口中的动压的压力差进行利用。

为了阻止密闭导水路径的内在水由于旁路化引起流动化，在密闭导水路径的高位置形成空气腔，切断内在水。

也就是说，在流入口部压力增大形成为高水位，在流出口部由于压力低而形成为低水位，在两水面间产生落差，但两水面被带面等隔开，不能超越其高度，因此不会产生旁路化水流，从而保持两者的压力差。

因此，在压力管的入口产生动压的按压压力，在管内出口产生由外界水流引起的负压，两管端的压力差变大，因此管内的能量密度比外界水流更强。

本发明也可以通过将具有压力管或压力导水路径且外形形成为上下两侧面都为流线形的循环链带水轮机浸没到水流中固定，使得将高速侧面流向压力管或压力导水路径的流出口后方射出，产生吸引作用，从而使该流出口内区域形成为负压。

当将流线形的阻力物体浸没于水下时，由于水流在该物体的两侧面产生高速的外侧流，因此将外形形成为流线形并使其不脱离，使表面平滑并保持高速流，并根据附壁效应流至流出口，向流出口的后方射出，从而流出水由于来自两侧的水流的粘性一起流动而吸出，由此从流出口吸出内水产生负压。

由上侧的流线形顶板和下侧的流线形底板形成的翼型在最大翼厚大时，相等于水流的投影面积的水流量增多，其从两侧面流出形成为高速侧面流，但由于最大流速为固定值，因此高速流的层厚增厚，虽然形成为稳定的流动，但阻力也变大。

另一方面，如果翼弦长增大则流速降低。

因此，虽然翼厚比(＝最大翼厚/翼弦)越大越有利，但是同时易于产生脱离，与雷诺数也有关，因此需要配合现场情况决定。

另外，从前缘到最大翼厚的前半部的形状由于受水流压不产生脱离，因此可以形成为光滑的曲线。

另外，也可以具有安装于挡水板的圆筒内面的辊，受压部件背面受离心力按压该辊，通过其反作用力，板皮带的底面按压导轮的圆形带面，由此，上下的接触部挡水，两侧面的飞轮滑动挡水，受压部件通过两级组合导轮而在板皮带顶面立起从而对内侧挡水，虽然在从该受压部件的立起位置到导辊之间进入旁路化水流，但在上述压力管的流入口设有可调节开度的流入门，通过该流入门形成高速流入水，由此抑制反方向的旁路化水流。

也就是说，在导轮的圆形带面和板状传送带底面之间，以及在设于挡水板的圆筒内径的弹性辊和无底杯的受压板背面之间，通过离心力按压各个凸出形成为狭窄间隔之处使其挡水，并且由于是压力管，因此在与两侧壁面之间，通过飞轮滑动挡水，另外，由于是完全浸没水下，所以使用用于水润滑的板皮带。

因此，连续皮带和将其围绕的压力管或压力导水路径之间的间隙全部挡水，对于一方的内侧，受压部件由两级组合导轮卷入，在板皮带的顶面按压该受压部件的底部使其立起进行挡水，因此，旁路化水流通过从该立起位置到导辊的旋转区间进入。

因此，在压力管的流入口具有可调节开度的流入门，通过流入门提高流入速度，形成高速流入水，通过该水流膜堵塞该旋转的区间，因此阻止从正对的反方向进入的旁路化水流。

因此，与通过利用高速射出流的射出力或粘性力阻断逆水流因此使连续皮带周围的外表面和内部挡水的装置协同工作，从而阻止旁路化。

压力转换所产生的管内流速因为其流量通过设于流入口的流入门流入，所以调节流入门的开度形成高速射出流，但流量远远少于升力型装置。

此外，在由开水路阻止外界水流的阻力型水轮机中，有时向杯中的流入水溢出，引起漩涡，不能充分吸收水流能量，但是在压力型中，制作压力腔，流入水量也少，因此即使缩小各受压部件间的间隔，也难以产生湍流入。

因此，当缩小相互的间隔使行进路线缩短，并且在逆向行进回路中将受压部件互相重合时，缩短堵塞上述旋转回路的距离。

相比利用空气腔防止旁路化，形成为顶板低的流线形，不易从表面脱离。

发明效果

本发明的将水流能转换为旋转力的阻力型水力转换装置结构简单，可以高效地将水流能转换为旋转力。

另外，其可以容易地对应海流的变化，可以使用小型装置进行大容量发电。

本发明初期投资额少，维护费也少。

而且，其耐久性强。

附图说明

图1示出无底杯式水下水轮机的原理说明图。

图2示出无底杯式连续皮带的概要结构图。

图3示出阻力型连续皮带的水底设置的概观图。

图4示出阻力型连续皮带的漂浮固定与底座的局部截面图。

图5示出使连续皮带漂浮连结后的较长装置的结构图。

图6示出使用往返流的连续皮带装置的截面图。

图7示出使用波浪流动的连续皮带装置的截面图。

图8示出半潜式平台和压力导水路径的截面图。

图9示出使用装置背后的粘性压力阻力的压力型转换装置。

图10示出设置为流线形并使用高速外侧流的压力型转换装置。

图11示出使用导轮的曲面和高速流入水来防止旁路化的剖视图。

图12示出压力管方式的连续皮带结构实施例。

附图标记说明

5＝枢轴

6c＝无底杯的重心

7＝底板

8＝挡水板

17a＝同向行进路径

17b＝逆向行进路径

20＝中央主体

21＝擒纵轮

25＝(速度)转换齿轮

26＝通用轴

27＝单向离合器

43＝主动齿轮

44＝压力导水路径(同向行进路径)

48＝板状导轮

24＝张紧装置

64＝高速侧面流

70＝半潜式平台

89＝飞轮

49＝板皮带

59＝受压部件

96＝边界层

97＝上浮式二级活叶

98＝百叶窗(夹缝)式臂

具体实施方式

图1示出本发明的单轴水轮机型水力转换装置。

水下水轮机1是阻力型水轮机，因此使其旋转轴1a与水流正交放置，从而同时形成沿与水流相同的方向旋转的同向行进路径和相反方向的逆向行进路径，水轮机1通过两者的阻力差进行旋转。

图1是水下水轮机1的实施例，其被安装在水面4之下。

从底面部2向上直立设置支柱3，在支柱3上设置有水下水轮机。

设置在水下水轮机1的外轮1c上的受水杯被分割为如图2所示那样将承受水流的受压板6a和两侧的侧板6b形成为一体的无底杯6和底板7(7a、7b)，两者由一根枢轴5贯通以使得旋转自由，而且无底杯6的底面和相应底板7两者所成的夹角被安装为开闭自如且在闭合后可以止水，通过将底板7固定在外轮1c上，使得无底杯6在同向行进路径中承受水流而将夹角闭合，从而在该外轮1c上成为立起状态6e，并且按压底板7阻止水流，从而产生与有底杯同等大小的水流阻力值，而无底杯6在逆向行进路径中承受水流绕枢轴5旋转，从而在该外轮1c上成为倒伏状态6f，因此该夹角张大，水流通过无底杯6的内、外侧，从而水流阻力几乎为零，产生非常大的阻力差。

另外，与水流正交放置的受压板6a的阻力为(阻力)＝(阻力系数)*(流速)*(投影面积)，在阻力型水轮机中，水流直接撞击受压板产生力。

另外，根据图1、图2，在从逆向行进路径到同向行进路径的约3个直角的旋转中，通过在水下水轮机1的外部设置挡水板8形成截断水流的停滞水域9，使得离心力作用于无底杯6，重心6c出现在水轮机旋转轴1a和枢轴5的连线上，因此受压板6a向外伸展并成为半开状态6g，以此状态继续旋转，设置挡水板8的高度使其在下次流动的水撞击受压板6a的内面的位置之前挡水，之后，由于水流力和自由下落，该无底杯6成为立起状态6e，结束自动旋转。

另外，从立起状态6e到倒伏状态6f的旋转大约是1个直角，因此随水流自然进行。

因此，全部淹没在水流中的水下水轮机的自动旋转连续进行，并且可以使立起状态6e和倒伏状态6f之间的阻力差最大化，因此可以使将旋转轴1a与流向正交放置的水下水轮机1自动旋转，该水下水轮机1的特征在于使无底杯6和底板7分离，并通过单轴旋转使两者的夹角开闭。

图2示出由循环链带形成的连续皮带型水力转换装置。

相对于在水下水轮机1中将底板7固定在外轮1c上，在图2中，将底板固定在循环链带状的连续皮带上，从而无底杯6在保持与底板7之间的功能的状态下绕带面旋转。

也就是说，与枢轴5平行地以等间隔新增加从动轴10，并且通过设置将各轴之间以自由旋转的方式连结的轴间链环11(11a～11c)，从而形成覆盖主体19的顶面的带面18的全周的连续皮带。

带状底板12内置固定在枢轴5及其前方的从动轴10之间的轴间链环11中，无底杯6安装在枢轴5上，因此该带状底板12和无底杯6的底面形成以枢轴5为中心的夹角，实现了在上述水下水轮机中记述的功能，同时绕带面旋转。

带状底板12通过硬质底板7b的下侧和弹性底板7a的上侧的结合具有两种性能，为了使其与底面的贴紧性良好并且易于交换，将轴间链环设为缺口链11b或咬合链11c。

同样地，在枢轴5及其后方的从动轴10之间的轴间链环11中也固定有用于挡水的带状硬质板12b，设置其可以采用水润滑方式，并将轴间链环设定为全周链11a。

另外，也可以在无底杯的底边部粘贴弹性带13，将所有带状底板12设置为同一种类的带状硬质板。

另外，改变承压板6a的角度或曲率，使水流压力的中心位置上下变化，使无底杯的底面对底板施加适当压力并进行旋转。

另外，同时，在枢轴5和从动轴10上同样分布地安装小轮15，使其作用均等的支承力，以使得带状底板12不会歪斜而引起漏水。

另外，若全带面18处于水下，则可以将其设置为使用弹簧板和润滑板的水润滑方式(未示出)，使摩擦阻力降低到最小。

对于无底杯6的形状，受压板6a的宽度、高度以及底面积根据获得目标的能量值决定，哪个都可以容易地制作，特别是如果材料是金属，则当用折弯机弯曲时可以简单地加工，相比叶轮复杂且价格高，具有很大优点。

另外，如果将连续皮带尽可能地轻量化、并制作为大宽度则可以降低成本，因此可以在受压板6a上设置纵肋14实现其轻量化，制造轻量的连续皮带，使其轻快地旋转。

图12示出在压力管104内配设有受压部件106的连续皮带型水力转换装置的结构实施例。

受压部件106移动以阻断压力管104形成的水流所产生的同向行进路径，从压力管104内通过的受压部件如图12中106B所示那样通过固定轴109转动成为倒伏状态，进行旋转。

受压部件106A为在立起状态下是阻断压力管104的内侧截面的大小、形状，发挥阻挡板的功能。

连续皮带为通过压力管的下侧密闭上下之间的板状环绕板皮带112，在板皮带112旋转的带面111之间为水润滑。

另外，在横向贯通配置有板皮带112的轴的突出部105连接将圆板状的局部切割为圆弧状107a的飞轮107，其可绕带面移动。

另外，旋转部的结构与图3相同，也可以是擒纵轮轴，另外也可以是通常的辊轴。

飞轮107沿挡水路108滑动，挡水以将压力管内形成为密闭状态。

另外，作为阻挡板的受压部件106的逆向行进路径可以设置为密闭引水渠。

图3是在水下底部从固定部28向上直立设置支柱3而设置的循环链带水轮机的实施例。

当由立起状态的无底杯的受压板6a承受水流压，产生与受压板6a的面积相对应的水力，使一串连续皮带17进行同向行进运动，绕中央主体20上的带面18移动时，连续皮带17在图2中所示的枢轴5和从动轴10的突出部分与安装于该中央主体20的贯通轴37的擒纵轮21a、21b的链轮齿啮合，使擒纵轮21旋转，从而使与该擒纵轮21同轴安装的主动齿轮43产生轴驱动力，其转矩使被驱动的通用轴26作用，通过变化通用轴26的角动量，从而将水流能转换为旋转力(参照图4)。

图4是使阻力型连续皮带上浮的实施例，由于中央主体的内部空间和也可以在水位降低时固定底座，因此可以有效用于潮差大的潮间地带或退潮河流。

通过设置连续皮带可以分割为同向行进路径和逆向行进路径33，由于长度可以调整，因此若形成斜面，则也可以改变两者的比率。

另外，擒纵轮21(21a、21b)的链轮齿与枢轴5和从动轴10的突出部分啮合是简单并有余地的结构，因此漂浮垃圾、海藻等不易缠绕，易于冲离，另外，其与水下水轮机的原理相同，只通过水流就可以自启动并完成旋转，及时高速旋转也不易发生故障。

在图5中，绕连续皮带17旋转的中央主体20为由全周的带面18和两侧面形成的箱体，通过使2根擒纵轮轴42贯通该中央主体20的内部并由设置在主体两侧的外方的纵隔板上的轴承进行支承，使得虽然在该中央主体20的两侧面分别设置擒纵轮21，但该擒纵轮21以相同角度安装在同一贯通轴42的左右两侧，从而当其与位于该带面18上的连续皮带17的两侧的突轴啮合时，在左右传输相同的力，连续皮带17不产生歪斜，最大限度减少事故发生。

在图5中，为了使连续皮带17可以沿上下方向绕全周18旋转，需要支承中央主体20和连续皮带17的重量，且对贯通轴42不加载过大的负载，因此，以用轴承或固定管密封该箱体的侧面和贯通轴及通用轴之间，使该中央主体20和连续皮带17的合计水下重量约为零的方式，利用该中央躯体20的箱体内部的容积使水中浮力作用。

在图3中，如果除了擒纵轮21的主动轮21a和从动轮21b以外，还在挡水板8的后方位置贯通中央主体20设置第三轴，并在第三轴上安装小直径导轮23，使连续皮带17绕其旋转，则该处曲率变小，旋转角速度变大，因此大的离心力作用于无底杯的重心6c，杯的受压板6a的半开状态6g进一步向外扩大，增强旋转力的效果变大。

另外，在设置小型导轮23进行杯的旋转时，也可以小型化挡水板8，增大第三轴的小型导轮23和擒纵轮的主动轮21a的间隔，形成斜向行进路径17c。

从而，即使在流速小且小型导轮产生的离心力小时，也可以在挡水板的停滞水域中，在无底杯的重心由枢轴的支承的前提下进行向下方下落的旋转，在旋转完全结束后，进入接下来的同向行进路径17a，从而消除在两轴平行排列中的问题。

另外，由于流入水与杯撞击的面积增大，或由于附壁效应产生沿斜面的水流，因此对于由打开方式决定的对杯的受水效果，与两轴平行相比显著提高。

图4中，通过设置小型导轮，可以将挡水板8小型化，并且，可以使外壳30与主体形成为一个整体。

因此，虽然将该外壳形成为圆筒形，使小型导轮23和连续皮带在其内侧旋转，但是使该外壳内径形成为比无底杯自由进行离心旋转的外径更小，使受压板6a的外表面被外壳的内壁面30按压，使该杯以其重心6c位置延后的状态旋转，当超过外壳出口正前方的辊31时，一下子解除按压，通过将双重角速度，即导轮23的旋转角速度和绕枢轴5的角速度同时作用于杯，使得对杯重心6c增强离心旋转力，由于受压板6a张大，因此流入水与受压板6a的内面撞击使其旋转，是即使在旋转速度慢时也产生强的旋转力的方法。

另外，由于外置的挡水板与主体结合为一个整体，所以不需要进行设置工程。

在图4中，靠近导轮23设置张紧装置24，通过设置一组，使得绕导轮23旋转的连续皮带17由张紧装置24强力牵引，通过强制卷绕导轮23的周围形成大的角度，从而无底杯的受压板6a的内表面与流入水撞击，因此之后利用水流压旋转。

另外，如图3所示，当设置为反向倾斜的斜向行进路径17c时还附加了自由下落的力而完成，因此该方法不依赖于无底杯6的离心力或流速，可以使其可靠地旋转。

图5中的方法是，通过将自身漂浮的多台连续皮带装置进行并列漂浮配置，使其通过连通管40固定形成为较长装置，使得由各装置产生水力，通过将水力传输至同一通用轴26，使通用轴26产生大扭矩。

即，因为自然能通常能量密度小，所以通过大量的流动水确保需要的能量，从而得到发电能，因此理论发电量为P＝ρQV²/2(W),与流动水量Q(m³)和流速V(m/t)成比例。

本申请也可以由顶板和棚板形成具有充分的浮力的屋顶形浮体，该屋顶形浮体位于最上部，通常比重的底板位于最下部，将水下重量为零的中央主体置于正中间，也可以将这些用两侧的纵隔板夹持，通过U型螺栓或高弹性纤维制捆扎带固定。

如图4所示，如果流速变小，则当通过转换齿轮25的齿轮比加速后的旋转速度仍比通用轴26的旋转速度小时，为了使通用轴26的旋转力不沿反方向供给，设置单向离合器27使其空转，阻断传输。

特别是对于较长装置的通用轴26，由于波的位相差或流动的方向变化，因此减弱通用轴26的旋转的成分被单向离合器27消除。

即，在将主动齿轮(A)43的转矩通过转换齿轮(B)25加速后向通用轴(C)26传输的情况下，当使齿轮比G为G＝(输出齿轮数)/(输入齿轮数)＝nB/nA，G＜1.0，即比1.0更小时，旋转数提高，转矩传输比变小。

另外，此时齿轮的啮合处的两个齿轮的周速度v、及传输的转矩T为相同值。

另外，通用轴26与发电机轴(未示出)连结，已经沿同一方向旋转，在变速后的转换齿轮25的周速度vB与通用轴26的周速度vC为相同速度时，即(vB－vC)＝0时，供给的转矩为零，当转换齿轮25的周速度vB比通用轴26的周速度vC更大时，即(vB－vC)＞0时，此时其相差的速度为加速度α、α＝d(vB－vC)/dt＝|F/r|sinθ，其中，r为旋转半径。

然后，转矩T转化为通用轴的角动量L，添加旋转角度θ的位移，从而通用轴具有能量。

因此，对于达到相同周速度之前的转矩ΔT，因为未传递到通用轴，所以对主动齿轮43不作用力F，擒纵轮21的旋转阻力也减小而变轻，因此，连续皮带(D)17的旋转速度vD不降低。

另外，在周速度的差为负数，即(vB－vC)＜0时，单向离合器27空转，切断转矩ΔT的供给，连续皮带17的旋转速度vD不降低。

因此，在流速小的地方减小齿轮比，提前使转矩作用之后，转矩的传输比减小，另一方面，在流速快的地方增大齿轮比，在后期使转矩作用之后，转矩的传输比变大，因此连续皮带的旋转速度可以自行调整。

从而，使该齿轮比G根据所处位置的流速和装置的特性设定为适当的值。

此外，单向离合器作为总称名使用，图8示出了其中一个具体实施例，从动齿轮27b通过键槽27d与通用轴26固定，但输入齿轮27a与通用轴26可自由空转，输入齿轮的转矩通过顶键27c单方向供给到从动齿轮。

图5中的凹弯隔板36为不透水性材料，示出了内部封有发泡树脂的成形体的外部浮力体，但其水流阻力大，成为障碍。

图5中的中央主体20为不透水性材料，但图8中的中央主体20由水密轻量混凝土制造，可以形成各种形状。

图5中的外部浮力体36的不透水性材料由在图6或图7中为顶板51的水密轻量混凝土制，在图6中为在低比重的水密轻量混凝土的内部封有低发泡树脂46c，由于两者比重差小，因此浇注时的分离上浮力变小，易于进行封装作业。

或者，在图7中，在内部填充大型的密闭型中空体106，虽然大直径和微小粒径的比表面积与直径成反比例而变小，但由于粘性大，因此分离上浮基本不存在问题，另外，如果两者的原料为同质材料，则在使外观比重相同时，产生具有均质的耐压强度的产品。

图7中的底板32为加大了比重的水密重质量混凝土，其使中心降低，增大了重量恢复力。

图8中的半潜式平台70为水密轻质量钢筋混凝土。

另外，当在使用水密轻量混凝土材料细心打造的装置的内部形成密闭的空隙时，浮力和装置成为一体，水中浮力半永久不变，重心也不变，因此，浮心和重心的相互位置和强度也不变。

因此，可以实现通过自身浮力上浮并通过自身恢复力进行状态控制的自上浮装置。在图6中，使中央主体20如上所述水下重量为零，但通过将其材质设置为水密轻量混凝土，使得浮力永远不变。

另外，同样地当由棚板50和顶板51制作密闭在内部的空隙时，形成具有充分浮力的屋顶形浮体。

当海洋构造物在水面下至表层部开始漂浮或漂流时，因为与航行船舶发生冲突的危险性非常大，所以，最重要的是使其确实漂浮·保持在水面，使其容易被发现，易于回收。

因此，在图5中，在齿轮室等的空隙中装入发泡体的成形品46a，向中央主体20的内部46b注入反应性树脂，通过化学反应一边发泡一边进行填充。

进行发泡填充，如果当浇筑时在图6中的棚板50和顶板51之间封入成形体46c，则可以提高安全性。

如上所述，本申请装置的制作是在最上部放置屋顶形浮体，在最下部放置底板32，在正中间放置中央主体20，将这些用两侧的纵隔板90夹持并用U型螺栓91或高弹性纤维制捆扎带92等进行固定，从而制得自上浮的单位装置。

而且，通常并列配置在这些单位装置的顶板51、棚板50以及底板32各板上开设了水平方向的贯通孔38的单位装置，插入连通管40形成较长装置并固定。

这种组装方式由于连通管40贯通各混凝土板的内部，因此在外表面不形成凸出物，流体阻力减小，特别是对于利用高速的侧流的吸入负压方式的装置具有显著效果。

图9中，在导水路径44、33内部没有板状擒纵轮41(41a、41b)以外的障碍物，因此若在水下拽起，则后面只有隧道，从而，潜水员可以进入导水路径内，通过高压喷水和削刮作业清扫各个角落。

在图6中，以通用轴26为中心，在左右各以180度(以下称为二重轴对称)的旋转对称位置一组一组地设置擒纵轮41c、41d，导轮48c、48d以及可动式挡水板96a、96b(以下称为活叶)，使连续皮带在中央主体20的硬质带面18上旋转，活叶进行上层为下降式(活叶96a)、下层为浮起式(活叶96b)的根据比重差的动作、以及通过水流强弱的开关动作。

另外，相对于往返水流，使产品配置为二重轴对称的旋转对称，使得连续皮带的旋转方向和通用轴26的旋转方向时常沿相同方向旋转。

由于潮汐流为长周期的往返流动，因此前后都具有流入口52及纵隔板90，压力导水路径44c也具有上下两条行进路径，使之对应各流向。

即，为了使连续皮带17的旋转方向和通用轴26的旋转方向相对往返水流都时常在相同方向上大小相同，通过设置为以通用轴26为中心180度(二重轴对称)旋转对称形来解决，从而，使板状擒纵轮41c的主动齿轮43c、导轮48c以及可动式挡水板(以下称为活叶)分别一组一组地配置在对称位置。

另外，因为活叶设置于上层和下层，所以动作方向相反，因此，通过考虑对于水的比重差，上层设置为下降式活叶96a，下层设置为上浮式活叶96b，任一个都根据压力导水路径内的水流的强弱进行开关动作。

即，上下压力导水路径同时为同向行进路径17a和逆向行进路径17b两个状态，在从逆向行进路径向同向行进路径转移时，为了使无底杯旋转，需要挡水板8，但此时压力导水路径44内的流速大致为零，因此对下降型96a和上浮型96b的任一个活叶都作用各自的比重差而关闭。

另外，在其它同向行进时，压力导水路径44c、44d内的流势强，活叶打开，因此，可以进行完全的自启动。

图7中，以中央擒纵轮100为中心前后设置流入口和板状导轮48(48c、48d)，固定挡水板，使其配置为二重轴对称的旋转对称，使连续皮带的旋转方向和通用轴26的旋转方向为相同方向。

另外，因为波浪的波长短，因此将从大型擒纵轮的主动轮100开始的转矩传输在齿轮室内进行，使通用轴位于比下侧的连续皮带的回路更靠下方，以使得良好地随着波动运动。

从而，去除擒纵轮的从动轮，使装置精简化，也缩短连续皮带的行程，良好地捕获波动，并且通过将大而重的通用轴置于装置的最下方，使其在与顶板的浮力之间充分发挥恢复杠杆的作用，使重量恢复力作用。

也就是说，为了利用波的流动能，必须停止装置摇动，对于船舶而言只有增加船长的方法，但本申请相反，将装置缩短，水下固定使自身重量恢复力作用。

此外，由于波浪的流向和强度频繁改变，因此将挡水板98(98c、98d)形成为厚并弯曲的横档(以下称为臂98)形状的百叶窗结构(以下称为夹缝)，使臂的形状或夹缝的槽的倾斜角度形成为外界水流易于导入流入口并固定。

即，虽然不阻碍波的旋转运动将波流向流入口导入，但在导水路径44内阻挡反射以阻止进入，相反由于使来自导水路径内的同向行进流通过并向外部排放，因此设置巨大的凹陷部99(99c、99d)以不施加排放阻力，因为通常的波浪周期短，水量少，所以不会产生问题。

此外，当无底杯在逆向行进路径中成为倒伏状态6f时，阻力系数变得非常小，所以，例如在导水路径44中，即使周围的流速为零，也几乎无阻力地进行旋转，周围的水也保持上层滞水状态。

因此，如果预先尽量将连续皮带制作得轻量且短，则即使流入水下断，杯也成为倒伏状态6f继续旋转，能耗非常小。

因此，即使在大直径的板状擒纵轮100中没有单向离合器而继续旋转，根据接下来的流入水，自动成为立起状态6e并加速，继续旋转。

另外，由于为单向旋转，所以当预先设置惯性轮(未示出)时，对于无论来自哪一侧的水流，杯都成为立起状态6e并有效地加速，使脉冲旋转平滑化，从而有效用于不规则波。

图8中，并列连结多个装置，使其形成具有固定长度的较长装置，在其两端设置半潜式平台70，贯通该较长装置的内部的连通管40与设于该半潜式平台70的支柱78连结，并通过固定工具84固定，使用在该半潜式平台70的外侧下方设置的紧固工具，通过紧固索和锚，将该半潜式平台70紧固漂浮在水下进行固定。

因此，通过用设于半潜式平台的外部的支柱78固定连通管40进行中间支承，使得施加于较长装置的流体阻力或风力等全部的外力由两端的半潜式平台支承，所以较长装置的各个单位装置不受外力，即使所有装置是相同的规格也可以，所以适于大量生产。

另外，通过将将长装置作为单位结构处理，对于漂浮拖航、水下连接以及架设等海上作业可以安全、快速、高效地进行，且可以降低工程费用。

在图8中，上述半潜式平台形成为半潜式空壳结构，在内部设置重质量压舱物74，搭载或卸下可搬压舱物75，但如果将这些设置为重质量蓄电池或变压器或发电机，则与可在下方搭载重物的半潜式作业驳船(平台)70等同。

在图8中，以减小水流阻力的方式使其形成为长条形状，耐压性潜水外壳71具有在半潜水状态下可以进行作业的空间88，并且具有自上浮的浮力，圆柱72形成为细长状，作为作业员或物资的联接通路，并且使透波性良好，抗风浪，并在突出到水面上的部分设置夜间警戒灯或雷达反射板，水密舱口盖73具有可潜水的完全密封性，设置重质量压舱物74使重量恢复力作用而具有垂直自立力。

另外，为了将利用高速侧面流的较长装置完全浸入水下，需要进行准确的深度调整，但由于圆柱的截面积小，因此每米排水量小，向潜水外壳内装载或卸下的可搬压舱物75的量少，即使小重量也可以大幅移动吃水线，因此，可以有效调整较长装置的入水深度。

这里，半潜式平台由水下的耐压潜水外壳71和突出到水面上的联接通路(圆柱72)构成，且具有自身上浮到海面上的浮力和立足于水面的重量恢复力，半潜水状态是在水面下的风波平静的潜水外壳内，由于通过突出到水面上的联接通路可以进行空气循环、物资供给、以及人员移动，所以构成与陆地相同的环境，与潜水不同，总是确保海上逃脱通路。

本申请形成围绕连续皮带的同向行进路径的压力管或由包围同向行进路径的周围构成材料所围绕的压力导水路径，并使其截面形状与立起状态下的杯绕该同向行进路径旋转时的形状相同，缩小两者的间隙使其不漏水，不泄压，可靠地由杯获取水流压，可以形成保持内部压力的压力导水路径。

对于形成围绕皮带17的同向行进路径17a的压力管或由包围同向行进路径的周围构成材料围绕的压力导水路径，在图8中，周围构成材料中是中央主体20的硬质带面18、底板32的内侧面以及左右纵隔板90，使这些相互间密封形成导水路径，而且在与在内部旋转的立起状态的杯之间，防止漏水或减小泄压，形成为保持内部压力且提高了效率的压力导水路径44。

为此，将擒纵轮41形成为板状，使其两侧在由中央主体20的侧壁和纵隔板90夹持的狭小间隙内进行滑动。

另外，也可以在该间隙内粘贴特氟隆(注册商标)板等，使其为水润滑方式(未示出)。

另外，为了防止压力导水路径的内面被水流磨损，通过硬质灰浆或金属制或合成树脂制等形成衬里(未示出)，齿轮类全部安装在纵隔板90隔开的齿轮室47，可以阻压并且防止水流中垃圾进入。

当使用保持内部压力的压力导水路径44时，对于入口和出口的压力差，由于在压力导水路径44内的压力梯度为直线状，因此，对在内部立起的多个杯根据其个数作用平均的差压，大致相同的压力有效作用于全部的杯，因此，即使对于高压或高速的高能量的水也可以合适、充分、安全地作为大驱动力进行利用。

另外，由于在管内不设任何阻碍物，因此可以获取最大的效率。

从而，利用压力导水路径44可以消除水流能量损耗，使从高速到低速的适应流速范围更广，并且增大杯的强度，从而发挥高转矩，且可以使杯小型化，可以实现高性能化。

因为水流能等于压力能，所以选取的方法是使用压力导水路径44，使两端开口部的能量守能规则成立，并且使用连续皮带统合内部的能量转换为动压力产生的功。

即，W＝P*A*V*t。

其中，P为施加于连续皮带的压力、V为皮带的旋转速度、则单位时间t做的功为W/t＝P*A*V。

因此，W/t＝1/2*ρ*A*(U-V)2＝P*A*V。

另外，根据连续法则，设置管内的流速V或V’与旋转速度V或V’以及排放速度V或V’一致，因此，在对杯施加负载，压力为P’、旋转速度为V’时，上式变化为W’/t＝1/2*ρ*A*(U-V’)²＝P’*A*V’。

因此，并不是W＝W’，这是因为流入水的能量被作为用于克服排放口的外压(通常为零)而排出的能量使用，可以说外界水流的速度能量全部有效地转化为功。

因此，越将水流能量用于同向行进动量或转矩，管内流速V’越小，表面的损耗就也小，效率越高。

另外，升力型水轮机是通过动能进行的转换方法，因此，最大效率为59.3％贝茨极限值，但是如上所述，在通过压力进行的功的转换方法中，减小管内流速，可以无限地实现高效率，例如，在陆地上的反动型弗朗西斯水轮机中，实现90～95％的高效率。

因此，使用压力导水路径的连续皮带的方法可以使最大效率打破贝茨极限值。

成为W＝K*A*U＝K*Q＝1/2*ρ*Q*U2(J/s)，与上述动能率E相等，因此，理所应当，动能和动压力所做的功相等。

图9中，压力导水路径44的入口和出口的压力除以压力导水路径的距离所得压力倾斜度固定，将其按照相同形状的杯的个数分割，从而可以认为对各杯产生相等的压力差。

因此，即使是强力的高能量水，由于被按照处于管内的杯数进行平均分割，因此对一个杯施加的力变小，变得可控并可以利用。

另外，如果使用压力导水路径44，则可以将对管两端的开口部施加的压力差作为外压能量使用。

本申请当在置于水流中的阻力物体的背后通过压力管将由于边界层的脱离产生的负压区域和该阻力物体的前表面连通时，该压力管的两端之间的水流能量可以由于该脱离区域内的负压与动水压相加从而增大。

在图9中，在置于水流中的阻力物体58的背后，边界层由于粘性脱离，产生不连续面，并产生负压区域56。

另外，在该阻力物体的前表面产生相当于滞点的动压，因此，当将两水域用压力导水路径44连通时，该压力导水路径44两端的压力差为该动压与该脱离区域56内的负压之和，因此该动压或动能被增大。

因此，由于外界水流的能量密度增大，将其通过由动压力做功的方法进行利用。

图9中，由于逆向行进路径由棚板50、硬质带面、左右纵隔板以及外壳54的各材料围绕，因此，当形成将这些相互之间密闭的导水路径55时，即使连续皮带在导水路径55内旋转，由于无底杯为倒伏状态6f，因此形状阻力小，基本不产生附加质量，内部水成为静止的上层滞水。

然而，导水路径55的两端在连通流入口52和流出口53的口内区域开口，当该开口部的压力差增高时，导水路径55引起旁路化，内部的上层滞水产生逆流，进而使压力导水路径44的压力差降低，所以，为了阻止该迂回，进行下述方法，即向导水路径55内注入空气，在位于最高位置的外壳54的内部制作空气腔，将内部的上层滞水前后切断，进行良好的挡水和阻压。

图10中，当将流线形状的阻力物体60浸入水下时，在该物体的两侧面部产生高速侧面流64，因此，将阻力物体的后方形成为流线形状以不发生脱离，另外通过附壁效应将该高速流沿着外表面引导至流出口53，由此，当从流出口53的两侧碰撞射出流时，排放水通过高速射出流的粘性对缓慢的内部水加速，形成同行水流66排出，因此，对流出口内水53产生吸出负压，增大压力差产生的能量。

因此，可以制造大的速度差，形成由粘性切断应力产生的不连续面即边界切断面65，从而产生逆流或涡旋流而增大负压区域的负压，或者也可以调整侧面流的射出角度，得到最佳的混合扩散效果而改变同行水量的大小和强度。

与上述相同，纵置圆柱周围的流速计算由V＝2sinθ表示，在θ＝90度的侧面为环境流速的2倍。

因此，当将该高速水流在流出口从两侧注入并排出时，流速差越大，根据粘性产生的切断力越大。

另外，在计算时，当在流出口追加2倍的流速时，动压的合计成为3倍，能量成为9倍，因此，可以获得比前者的负压区域56更大的能量。

另外，在由动压力做功的转换方法中，当对通用轴26施加大的发电负荷时，大的转矩T作用于主动齿轮，连续皮带的旋转速度V变缓，流出水的速度V也变缓，因此，可以更显著地发挥吸出负压的效果。

另外，虽然这与反动水轮机利用由吸出管产生的负压相似，但是，前者是由水柱的重量产生负压，后者是通过由粘性产生负压而转成为负的压力。

因此，即使在水流能量的小的地方也可以提高能量密度是对实现各地可以地产地消的发电真正有意义的方法。

图10中，底板32的前方的流入门32p可旋转。通过操作旋转角度调整流入水量，但流入门32p主要用于在形成为较长配置时调整个别装置的能力差，调整好整体的平衡。

例如，在将较长装置横切架设于河川时，或者在远离中央部的主流域的两端部设置大开口，使流入水量增多，或者由于即使完全停止较长装置中的一台，通用轴26的单向离合器27工作，也不会影响其他装置，因此，或者将发生故障的装置的流入门32p关闭，或者使其半开以便潜水员在里面修理，或者在天气极其恶劣时关闭前后的门，保护内部的连续皮带17。

图11中，为了不在密闭导水路径内部产生旁路化水流，使用在板状导轮48中的曲面部，使循环链带水轮机和周围壁面之间完全挡水，内侧由于受压部件59在板皮带49的顶面立起进行挡水，因此，迂回水流进入从该立起位置到导辊31之间，所以，调节流入门32p的开度形成高速流入水覆盖该区间，抑制高速水流和正对的反方向的旁路化水流。

通过压力转换产生的管内流速由于其流量通过设置在流入口的流入门流入，因此，虽然可以调节流入门的开度提高流入速度，形成高速射出流，但流量远少于升力型。

另外，通过旁路化从无底杯的底面流入的水流与其射出流是正相反的方向，因此，通过用高速射出流覆盖该逆水流，从而利用射出力或粘性力抑制并阻断逆水流，所以通过与阻断板皮带周围的外表面和内部的装置协同工作，阻止旁路化。

另外，在由开水路阻止外界水流的阻力型中，有时向杯中的流入水溢出，引起漩涡，不能充分吸收水流能量，但是在压力型中，制作压力腔，流入水量也少，即使缩小各受压部件间的间隔，也不会产生湍流入。

因此，当缩小相互的间隔使行进路线缩短，并且在逆向行进路径中将受压部件彼此重合时，堵塞上述旋转回路的距离缩短。

相比利用空气腔防止旁路化，顶板低并形成为流线形，不易从表面脱离。

在图11中，受压部件背面59a通过离心力按压设于挡水板的圆筒内表面的辊31，通过其反作用，板皮带49的底面按压导轮的圆形带面18，在上下各凸出部和狭窄部之间挡水，在两侧面，飞轮89堵塞旋转槽进行滑动挡水，因此，受压部件59和周围壁面之间的间隙全部同时挡水。

内侧通过板状导轮48和张紧装置24的两级组合导轮48w的作用使受压部件59在该板皮带49的顶面立起，堵塞底面进行挡水，所以，形成调节流入门32p的开度得到的高速流入射水，将从导辊31到堵塞底面为止的旋转路用水流膜覆盖，将其与内侧流入水域隔绝。

此外，也可以使导轮的圆形带面形成为可旋转。

另外，在图10中的两级组合导轮48w之后的虚线位置将受压部件的底面完全堵塞。

流入门32p设于个别台或设于每个较短装置，以拴住状态封闭，或者使故障台停止，或者在台风时全部关闭，保护内部装置。

通过压力转换产生的管内流速虽然其流量通过设于流入口的流入门而流入，但流量远少于升力型。

工业可利用性

本发明可使用于在流动的海洋或湖水下设置的水轮机中，可以作为发电装置应用。

Claims (13)

1.一种阻力型水力转换装置，其特征在于，

其为水下水轮机，水轮机为绕旋转轴旋转的旋转水轮机或在一对擒纵轮之间敷设有连续皮带的循环链带水轮机，在旋转水轮机的外轮上或循环链带水轮机的连续皮带上通过枢轴可自由立起/自由倒伏地枢转安装有无底杯，在外轮或连续皮带与水流方向同向行进的状态下，无底杯成为立起状态，杯底部由设置在外轮上或连续皮带上的底板封堵，从而作为水流阻力大的受水杯发挥作用，在与水流方向逆向行进的状态下，无底杯成为倒伏状态，由于杯底部成为开口状态而减小水流阻力，从而利用两种状态的阻力差进行自转或公转，通过在无底杯成为倒伏状态的上游侧设置挡水板，使得在逆向行进路径上形成停滞水域，使离心力作用于无底杯，从而使其从倒伏状态回归到立起状态。

2.如权利要求1所述的阻力型水力转换装置，其特征在于，

其为下述结构的循环链带水轮机，即：在具有水中浮力的中央主体的全周形成连续皮带的带面从而配置一圈所述连续皮带，在贯通中央主体的两侧面进行安装的擒纵轮轴的两端部分别固定擒纵轮，形成于连续皮带两侧的突轴和设置在所述擒纵轮上的链轮齿相互啮合从而将水流能量转换为擒纵轮轴的旋转力。

3.如权利要求2所述的水力转换装置，其特征在于，

使中央主体延伸至比上游侧的擒纵轮更靠前方上侧，并使其底面形成为反向倾斜面，通过在前方延伸部设置小型导轮，增大作用于无底杯的离心力、或者，将挡水板内侧形成为小内径的圆筒形，使所述小型导轮在其内部旋转，或者，在低流速区域，采用其中具备导轮和张紧装置的两级组合导轮，或者，使得在所述反向倾斜面绕枢轴自然下落，从而使无底杯旋转。

4.一种水力转换装置，其特征在于，

将两个以上的多台所述循环链带水轮机用连结件连结，通过漂浮并列配置而形成为较长装置，独立设置的外部浮力体具有支承柱和紧固件，将所述连结工具紧固在支承柱上并将紧固索与紧固件紧密连接，将所述各台循环链带水轮机中设置的擒纵轮轴所产生的旋转力输出到通用轴。

5.如权利要求4所述的水力转换装置，其特征在于，

形成较短装置，在所述较短装置中循环链带水轮机的多个擒纵轮轴形成为一根实际使用长度的共用驱动轴，相邻的较短装置的纵隔板之间形成间隔作为齿轮室，在从所述共用驱动轴向所述通用轴的转矩传输路径中设置变速齿轮和单向离合器并将其安装在所述齿轮室中。

6.如权利要求2所述的水力转换装置，其特征在于，

将完全浸没在水下的连续皮带的转动路径分为上侧和下侧两个回路，各回路在两端部具有流入口部和流出口部，在所述流出口部设置有可动式或固定式的挡水板，通过所述挡水板互相自动交替工作，使得在所述上侧和下侧的回路中，一个回路作为从流入口流入水流的同向行进路径工作，另一个回路作为阻止水流流入水并使所述无底杯旋转的逆向行进路径工作。

7.如权利要求1～6中任一项所述的水力转换装置，其特征在于，

所述水下水轮机或循环链带水轮机由水密轻量混凝土的复合体制造外壳壁密闭的中空体，或者，采用由所述水密轻量混凝土和钢筋结构组合而成的结合体，从而能够利用自身的浮力进行上浮，其中，所述水密轻量混凝土混合到水密性的水泥结合材料中并固结。

8.如权利要求5所述的水力转换装置，其特征在于，

所述循环链带水轮机设于顶板和底板的内侧，

在所述循环链带水轮机的中央部设置有一个擒纵轮，同时与最外径的链轮齿和绕上下回路转动的连续皮带的突轴啮合，传输转矩的齿轮类被收纳于所述齿轮室内，使所述通用轴降到所述底板的位置并使重量恢复力作用，从而使位于最上部的所述顶板具有用于自力上浮的浮力。

9.如权利要求4所述的水力转换装置，其特征在于，

所述外部浮力体形成为半潜式平台，其为将长条且为纺锤形的耐压潜水外壳和突出到水面上的细长圆柱结合为一体的半潜式外壳结构，在耐压潜水外壳的外部具有支承柱和紧固件，所述耐压潜水外壳的内部具有半潜水状态的作业室和朝向外部水中设置的开口部，在外壳内底部能够搭载压舱物或重物。

10.一种压力型水力转换装置，其特征在于，

具有输出装置，所述输出装置作为权利要求2所述的循环链带水轮机，其中，同向行进回路具有多个受压部件，所述多个受压部件在由周围壁面和带面封闭的导水路径内部遮蔽内部截面并移动，具有沿着带面密封上下之间的板皮带，所述板皮带从两侧的端部突出多个轴部，在所述多个轴部安装飞轮，使所飞轮滑动挡水并连接，通过在所述板皮带的上侧枢转安装所述多个受压部件，形成在所述板皮带的下侧水润滑行进的循环链带，从而将转动的牵引力和移动距离转换为旋转力。

11.如权利要求10所述的压力型水力转换装置，其特征在于，

同向行进路径由压力管或压力导水路径覆盖，从而形成从所述压力管的侧面密封逆向行进路径的密闭导水路径，

通过阻断由于所述密闭导水路径的旁路化而产生的流动水，能够将承受所述压力的导水路径的流出口内区域所产生的负压用作向流入口的动压相加的压力差。

12.如权利要求11所述的压力型水力转换装置，其特征在于，

循环链带水轮机具有所述压力管或所述压力导水路径，并且，其外形形成为上下两侧面都为流线形，所述循环链带水轮机浸没到水流中并进行固定，由此，使得高速侧面流向所述压力管或所述压力导水路径的流出口后方射出而产生吸引作用，从而在该流出口内区域形成为负压。

13.如权利要求11所述的压力型水力转换装置，其特征在于，

具有安装于挡水板的圆筒内面的辊，受压部件背面受离心力作用而被按压于所述辊，通过其反作用力，板皮带的底面被按压于导轮的圆形带面，由此，上下接触部挡水，两侧面的飞轮滑动挡水，受压部件通过两级组合导轮而在板皮带顶面立起从而对内侧挡水，在所述受压部件的立起位置与导辊之间进入旁路化水流，在所述压力管的流入口设有可调节开度的流入门，

通过所述流入门形成高速流入射水，由此抑制反方向的旁路化水流。