JP2013076392A - Hydraulic power generation method and hydraulic power generation apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydraulic power generation method and a hydraulic power generation apparatus which facilitate to extract torque for generating power by floating a float in a tank, rotating the float through water energy, and extracting the torque generated to the float so as to generate power.SOLUTION: The hydraulic power generation method includes: a first step where water is poured in the tank 1 having the float disposed therein to float the float on water surface, the water surface is boosted to an upper limit, and then the water in the tank is discharged to lower the float to an lower limit; a second step where the float is rotated by the water energy when the float is elevated and lowered; and a third step where a generator 6 is driven to generate power through the transmission of the torque generated by the rotation of the float.

Description

本発明は、水力を利用して発電する水力発電方法およびこの方法に用いる水力発電装置に関する。   The present invention relates to a hydroelectric power generation method for generating electricity using hydropower and a hydroelectric generator used in this method.

潮位の周期的変動を利用してフロートを上下動させ、その上下動に伴ってエアタンク内の空気を移動させる際に空気タービンを回転させたり、フロートの上下動をラック・ピニオン機構によって回転に変換したりして、発電機を駆動して発電することが知られている(例えば特許文献1参照)。   Using the periodic fluctuation of the tide level, the float is moved up and down, and the air turbine is rotated when moving the air in the air tank along with the vertical movement, and the vertical movement of the float is converted into rotation by the rack and pinion mechanism In other words, it is known to generate electricity by driving a generator (see, for example, Patent Document 1).

特開2004-060441号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-060441

しかしながら、従来技術は、エアタンクを用いる構成の場合、エアタンク内に空気を確実に出入させるために気密性を維持するのが困難である。また、ラック・ピニオン機構を用いる場合、十分なトルクを安定して得るのに困難を伴うという課題がある。   However, in the case of a configuration using an air tank, it is difficult for the conventional technology to maintain airtightness in order to reliably bring air into and out of the air tank. Further, when the rack and pinion mechanism is used, there is a problem that it is difficult to stably obtain a sufficient torque.

本発明は、水槽内にフロートを浮上させ、このフロートを水のエネルギーによって回転させ、フロートに生じたトルクを外部へ取り出して発電することで、発電のためのトルクを取り出しやすくした水力発電方法およびこの方法に用いることができる水力発電装置を提供することを目的とする。   The present invention relates to a hydroelectric power generation method in which a float floats in a water tank, the float is rotated by the energy of water, and torque generated in the float is taken out to generate power, thereby making it easy to extract torque for power generation and An object is to provide a hydroelectric generator that can be used in this method.

本発明の水力発電方法は、第1ないし第3の工程を具備する。第1の工程では、水槽内の水面に浮上するフロートを給水により上限高さまで上昇させ、排水により下限高さまで下降させる。第2の工程では、フロートの上昇および下降の際に水のエネルギーによってフロートを回転させる。第3の工程では、フロートの回転により生じたトルクで発電機を駆動して発電する。   The hydroelectric power generation method of the present invention includes first to third steps. In a 1st process, the float which floats on the water surface in a water tank is raised to upper limit height with water supply, and is lowered to lower limit height with drainage. In the second step, the float is rotated by the energy of water when the float is raised and lowered. In the third step, power is generated by driving the generator with torque generated by rotation of the float.

本発明の第1の水力発電装置は、水槽、フロート、直線−回転変換機構、トルク取り出し機構および発電機を具備している。水槽は、その内部に給水および排水が可能である。フロートは、水槽内の水面に浮上し、水槽内への給排水に伴う水面の上下動に従動して上下動する。直線−回転変換機構は、フロートの上下動の際にフロートを回転させる。トルク取り出し機構は、フロートの回転により生じたトルクを外部に取り出す。発電機は、外部に取り出したトルクにより発電機を駆動して発電する。   The first hydroelectric generator of the present invention includes a water tank, a float, a linear-rotation conversion mechanism, a torque extraction mechanism, and a generator. The water tank can supply and drain water. The float floats on the water surface in the water tank, and moves up and down following the vertical movement of the water surface accompanying water supply and drainage into the water tank. The linear-rotation conversion mechanism rotates the float when the float moves up and down. The torque extraction mechanism extracts the torque generated by the rotation of the float to the outside. The generator generates electricity by driving the generator with the torque extracted to the outside.

本発明の第2の水力発電装置は、水槽、給排水手段、フロート、トルク取り出し機構および発電機を具備している。水槽は、その内部に給水および排水が可能である。給排水手段は、給排水時に水槽の内部に回転水流を生じさせる。フロートは、水槽内の水面に浮上し、回転水流に従動して回転するとともに水面の上下動に従動して上下動する。トルク取り出し機構は、フロートの回転により生じたトルクを外部へ取り出す。発電機は、外部へ取り出したトルクにより発電機を駆動して発電する。   The second hydroelectric generator of the present invention includes a water tank, water supply / drainage means, a float, a torque extraction mechanism, and a generator. The water tank can supply and drain water. The water supply / drainage means generates a rotating water flow inside the water tank at the time of water supply / drainage. The float floats on the water surface in the aquarium, rotates following the rotating water flow, and moves up and down following the vertical movement of the water surface. The torque extraction mechanism extracts the torque generated by the rotation of the float to the outside. The generator generates electricity by driving the generator with the torque extracted to the outside.

本発明の水力発電方法によれば、フロートを水槽内で上限高さと下限高さの間を上下動させる際に水力エネルギーによってフロートを回転させることでフロートに生じたトルクを外部へ取り出し、発電機を駆動して発電するので、水力エネルギーを効率よく利用した発電が可能になる。   According to the hydraulic power generation method of the present invention, when the float is moved up and down between the upper limit height and the lower limit height in the water tank, the torque generated in the float is extracted to the outside by rotating the float with hydraulic energy. Because it generates electricity by driving, it is possible to generate electricity that efficiently uses hydropower.

本発明の第1の水力発電装置によれば、フロートが水槽内の水面に浮上するとともに給水および排水に伴って上下動する際に、フロートを主として直線−回転変換機構により回転させ、フロートに生じたトルクを外部へ取り出し、発電機を駆動して発電するので、トルクを効率よく取り出せる水力エネルギーを利用した発電が可能になる。   According to the first hydroelectric generator of the present invention, when the float floats on the water surface in the water tank and moves up and down with water supply and drainage, the float is mainly rotated by the linear-rotation conversion mechanism, and is generated in the float. Since the generated torque is taken out and the generator is driven to generate electric power, it is possible to generate electricity using hydraulic energy that can efficiently extract the torque.

本発明の第2の水力発電装置によれば、フロートが水槽内の水面に浮上するとともに給排水手段より給水および排水の際に水槽内部に回転水流を生じさせ、フロートを主として回転水流によって回転させ、フロートに生じたトルクを外部へ取り出し、発電機を駆動して発電するので、トルクを効率よく取り出せる水力エネルギーを利用した発電が可能になる。   According to the second hydroelectric generator of the present invention, the float floats on the surface of the water in the water tank, and a rotating water flow is generated inside the water tank when supplying and draining water from the water supply / drainage means, and the float is rotated mainly by the rotating water flow. Since the torque generated in the float is taken out and the generator is driven to generate electric power, it is possible to generate electric power using hydraulic energy that can efficiently extract the torque.

本発明の一実施形態に係わる水力発電装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the hydroelectric generator concerning one Embodiment of this invention. 図1のII−II´線に沿う水槽部分の断面図である。It is sectional drawing of the water tank part in alignment with the II-II 'line of FIG. 図1のIII−III´線に沿う拡大断面図である。It is an expanded sectional view which follows the III-III 'line of FIG. 本発明の一実施形態に係わる水力発電装置のフロートの底面図である。It is a bottom view of the float of the hydroelectric generator concerning one embodiment of the present invention. 図4のV−V´線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the VV 'line of FIG. 本発明の一実施形態に係わる水力発電装置の(a)直線−回転変換機構を示す拡大横断面図および(b)拡大縦断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS (a) The expansion cross-sectional view which shows the linear-rotation conversion mechanism of the hydroelectric generator concerning one Embodiment of this invention, and (b) An expansion longitudinal cross-sectional view. 図1のVII−VII´線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the VII-VII 'line of FIG. 本発明の一実施形態に係わる水力発電装置の設置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of installation of the hydraulic power unit concerning one Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係わる水力発電装置の正面縦断面図である。It is a front longitudinal cross-sectional view of the hydraulic power unit concerning the 2nd Embodiment of this invention. 同じく側面縦断面図である。It is side surface longitudinal cross-sectional view similarly. 本発明の第3の実施形態に係わる水力発電装置の正面縦断面図である。It is a front longitudinal cross-sectional view of the hydraulic power unit concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係わる水力発電装置の正面縦断面図である。It is a front longitudinal cross-sectional view of the hydraulic power unit concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の水力発電装置の第2の設置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd installation example of the hydroelectric generator of this invention.

[水力発電装置の第1の実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態において、水力発電装置WGは、図1に示すように、水槽1、給排水手段2、フロート3、直線−回転変換機構4、トルク取り出し手段5および発電機6を具備している。本実施形態は、水力発電装置に係る第1および第2の発明を合わせて具現化したものであり、また本発明の水力発電方法を実施する際に用いることができる。しかしながら、上記水力発電装置に係る第1および第2の発明は、その各構成要素の多くが共通している。また、後述するように一部の構成要素を除くことにより、水力発電装置に係る第1または第2の発明単独の実施形態として構成することができるとともに、上記第1および第2の発明を組み合わせることにより、水力利用の効率をさらに高めることが可能になる。以下、図1ないし図8を参照して各構成要素について説明する。
[First embodiment of a hydroelectric generator]
Hereinafter, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the hydroelectric generator WG includes a water tank 1, a water supply / drainage means 2, a float 3, a linear-rotation conversion mechanism 4, a torque extraction means 5, and a generator 6. It has. The present embodiment is a combination of the first and second inventions relating to a hydroelectric generator, and can be used when the hydroelectric power generation method of the present invention is implemented. However, in the first and second inventions related to the hydroelectric power generator, many of the components are common. Further, as described later, by removing some of the constituent elements, the first or second invention according to the hydroelectric power generation apparatus can be configured as a single embodiment, and the first and second inventions are combined. This makes it possible to further increase the efficiency of hydropower utilization. Hereinafter, each component will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

〔水槽について〕
水槽1は、その内部への給水および内部に貯留した水の排水が可能であるように構成されている。水槽1内へ給水することにより、水槽1に貯留した水の水位が上限高さまで上昇する。また、水槽1内に貯留した水を排水することにより、水の水位が下限高さまで降下する。すなわち、水槽1内への給水および排水に伴い水面が上下動する。しかし、水槽1内の水面の上記の上限高さおよび下限高さは、水槽1が許容する範囲で適宜の値に設定することができる。
[About aquarium]
The water tank 1 is configured such that water can be supplied to the inside of the water tank and water stored therein can be discharged. By supplying water into the aquarium 1, the water level stored in the aquarium 1 rises to the upper limit height. Moreover, by draining the water stored in the water tank 1, the water level drops to the lower limit height. That is, the water surface moves up and down with water supply and drainage into the water tank 1. However, the upper limit height and the lower limit height of the water surface in the water tank 1 can be set to appropriate values within a range allowed by the water tank 1.

また、水槽1は、その内容積および形状が特段限定されない。そして、発電容量に応じて適当な内容積、延いては水槽1の開口面積、例えば直径および高さを選定することができる。水槽1の構成材料は、特段限定されない。例えば、金属、コンクリートまたは煉瓦を用いて、あるいは自然地形などを利用して、水槽1を構築することができる。水槽1は、図示実施形態において、円筒状をなしているので、好ましい形状であるが、所望により角筒状などの形状であってもよい。   In addition, the internal volume and shape of the water tank 1 are not particularly limited. An appropriate internal volume, that is, an opening area of the water tank 1, such as a diameter and a height, can be selected according to the power generation capacity. The constituent material of the water tank 1 is not particularly limited. For example, the water tank 1 can be constructed using metal, concrete, brick, or using natural terrain. In the illustrated embodiment, the water tank 1 has a cylindrical shape and is thus a preferable shape, but may have a rectangular tube shape or the like as desired.

さらに、水槽1は、上蓋11を開閉可能に備えていて、水槽1の内部のメンテナンスを行いやすくしている。なお、上蓋11の中央部に形成された開口11aは、そこを後述する直線−回転変換機構4のリードねじ部41およびリードナット部42が緩く挿通するための手段である。これにより、水槽1内に塵埃などの異物が進入するのを阻止することが可能になる。また、メンテナンスのために、上蓋11や水槽1の側面に図示しないマンホールを配設することができる。   Further, the water tank 1 is provided with an upper lid 11 that can be opened and closed to facilitate maintenance inside the water tank 1. The opening 11a formed in the central portion of the upper lid 11 is means for loosely inserting a lead screw portion 41 and a lead nut portion 42 of the linear-rotation conversion mechanism 4 described later. This makes it possible to prevent foreign matters such as dust from entering the water tank 1. Further, for maintenance, manholes (not shown) can be provided on the side surfaces of the upper lid 11 and the water tank 1.

さらにまた、水槽1には、後述するフロート3を水槽1内の所定位置で停止させるために、フロート3の下部停止位置および上部停止位置を検出する位置センサおよび機械式ロック機構(いずれも図示しない。)を配設することができる。そして、位置センサの検出出力を給水および排水などを制御する制御手段(図示しない。)に連動させることができる。なお、下部停止位置および上部停止位置は、水面が下限高さおよび上限高さのときのフロート3の位置である。また、機械式ロック機構は、フロート3をその上限高さ付近で機械的にロックする手段であり、水槽1内の水を抜いて内部をメンテナンスする場合などに使用することができる。   Furthermore, the water tank 1 has a position sensor and a mechanical lock mechanism (both not shown) for detecting a lower stop position and an upper stop position of the float 3 in order to stop a float 3 to be described later at a predetermined position in the water tank 1. .) Can be provided. The detection output of the position sensor can be linked to control means (not shown) that controls water supply and drainage. The lower stop position and the upper stop position are the positions of the float 3 when the water surface is at the lower limit height and the upper limit height. The mechanical lock mechanism is a means for mechanically locking the float 3 in the vicinity of its upper limit height, and can be used when the water in the water tank 1 is drained and the inside is maintained.

〔給排水手段について〕
給排水手段2は、図1ないし図3に示すように、水力発電装置に係る第1の発明においては、水槽1内への給水および水槽1内の排水を行う手段である。また、同じく第2の発明においては、水槽1内への給水および水槽1内の排水を行うとともに、給排水時に水槽1内に回転水流すなわち渦流を形成する手段である。図示実施形態においては、給水および排水をそれぞれ別に行うために、互いに独立した給水口21および排水口22を備えている。しかし、所望により単一の給排水口を備えていて、給排水を切り換えてもよい。
[About water supply and drainage means]
As shown in FIGS. 1 to 3, the water supply / drainage means 2 is means for supplying water into the water tank 1 and draining the water tank 1 in the first aspect of the hydroelectric generator. Similarly, in the second aspect of the invention, the water is supplied into the water tank 1 and drained in the water tank 1, and a rotating water flow, that is, a vortex flow is formed in the water tank 1 at the time of water supply and drainage. In the illustrated embodiment, a water supply port 21 and a water discharge port 22 which are independent from each other are provided in order to perform water supply and drainage separately. However, if desired, a single water supply / drainage port may be provided and the water supply / drainage may be switched.

給水口21は、水槽1内に水を供給してフロート2を水槽1内で上昇させる手段である。なお、給水口21は、図8に示す集水部8との間が配管で連絡されている場合、給水口21と集水部8との間の落差、換言すれば水圧が、水槽1内の水面が許容される範囲内のどの高さであっても、十分な運動エネルギーすなわち水力で水槽1内に給水できるような値に設定されているのが好ましい。なお、給水口21に対して、配管は、給水管21aとして機能する。   The water supply port 21 is means for supplying water into the water tank 1 and raising the float 2 in the water tank 1. When the water supply port 21 is connected to the water collection unit 8 shown in FIG. 8 by piping, a drop between the water supply port 21 and the water collection unit 8, in other words, the water pressure is changed in the water tank 1. The water level is preferably set to a value that allows water to be supplied into the water tank 1 with sufficient kinetic energy, that is, hydraulic power, at any height within the allowable range. For the water supply port 21, the pipe functions as a water supply pipe 21a.

また、水力発電装置に係る第2の発明においては、給水によって水槽1内に回転水流すなわち渦流を発生させるように構成されている。この場合、例えば図2に示すように、回転水流の流れる方向に向けて水が噴出されるように給水口21を配設するのが好ましい。例えば、水槽1の内面のほぼ接線方向に向けて給水口21を開口させる。そうすれば、給水口21から放出された水が水槽1の内面に沿って湾曲しながら流れるので、水槽1内に回転水流が形成されやすくなる。   Further, in the second invention relating to the hydroelectric power generator, a rotating water flow, that is, a vortex flow is generated in the water tank 1 by water supply. In this case, for example, as shown in FIG. 2, it is preferable to arrange the water supply port 21 so that water is ejected in the direction in which the rotating water flows. For example, the water supply port 21 is opened toward the substantially tangential direction of the inner surface of the water tank 1. Then, the water discharged from the water supply port 21 flows while curving along the inner surface of the water tank 1, so that a rotating water flow is easily formed in the water tank 1.

さらに、上述のような開口形態の給水口21の複数、例えば一対を、水槽1内面の同一水平面内において点対称関係に離間して配設すると、バランスの良好な回転水流を一層効果的に形成しやすくなる。図2に示す実施形態においては、給水口21の一対が正対すなわち180°間隔で配設されている。   Furthermore, when a plurality of, for example, a pair of the water supply ports 21 having the above-described opening shape are arranged in a point-symmetrical relationship within the same horizontal plane on the inner surface of the water tank 1, a well-balanced rotating water flow is more effectively formed. It becomes easy to do. In the embodiment shown in FIG. 2, a pair of water supply ports 21 are arranged in front of each other, that is, at intervals of 180 °.

さらにまた、図示しないが、所望により水槽1の垂直方向に対して複数組の給水口を配設して、給水中に順次給水口を上側へ切り換えて給水するように構成することができる。これにより、フロート2が上昇する際に、常にフロート2に近い給水口から給水することが可能になる。その結果、給水口から噴出する水流でフロート2を直接的に回転させるような強くて一定の回転水流を生成させることができる。   Furthermore, although not shown, a plurality of sets of water supply ports can be provided in the vertical direction of the water tank 1 as desired, and the water supply ports can be sequentially switched upward to supply water during water supply. Thereby, when the float 2 rises, it becomes possible to always supply water from the water supply port close to the float 2. As a result, it is possible to generate a strong and constant rotating water flow that directly rotates the float 2 with the water flow ejected from the water supply port.

排水口22は、水槽1内の水を外部へ排出させてフロート2を下降させるための手段である。また、排水口22には、排水管22aが接続している。なお、排水口22は、これを水槽1の下部に配設することにより、水槽1内の水を容易に配水管22aを経由して外部へ排出することができる。   The drain port 22 is a means for discharging the water in the water tank 1 to the outside and lowering the float 2. A drain pipe 22 a is connected to the drain port 22. In addition, the drain port 22 can be easily discharged to the outside through the water distribution pipe 22a by disposing the drain port 22 below the water tank 1.

また、排水時に回転水流すなわち渦流を発生させる場合、排水口へ向かって生じる水流で回転水流を生成するために、排水口22を、例えば図2に示すように、回転水流の流れる方向に向けて排水するのが好ましい。すなわち、水槽1の内面の接線方向に向けて排水口22を開口させるのがよい。そうすれば、排水口22から排出される水が水槽1の内面に沿って湾曲しながら流れるので、給水時における回転水流とはその回転方向が逆の回転水流が形成されやすくなる。   Further, when a rotating water flow, that is, a vortex flow is generated at the time of drainage, in order to generate a rotating water flow with a water flow generated toward the drain port, the drain port 22 is directed in the direction in which the rotating water flow flows, for example, as shown in FIG. It is preferable to drain. That is, it is preferable to open the drain port 22 toward the tangential direction of the inner surface of the water tank 1. Then, since the water discharged from the drain port 22 flows while curving along the inner surface of the water tank 1, a rotating water flow whose rotation direction is opposite to that of the rotating water flow at the time of water supply is easily formed.

排水口22を給水口11と同一の接線方向に開口させることにより、上記正逆反対の回転水流を生成するのに寄与させることができる。図示の実施形態において、排水口12は、図2に示すように、給水口11と回転中心に対して90°ずれて位置し、かつその一対が正対して配設されている。この配置であれば、給水口21および排水口22をバランスよく取り付けることができる。   By opening the drain port 22 in the same tangential direction as the water supply port 11, it is possible to contribute to the generation of a rotating water flow opposite to the above normal and reverse. In the illustrated embodiment, as shown in FIG. 2, the drainage ports 12 are located 90 ° away from the water supply port 11 and the center of rotation, and the pair is disposed in a face-to-face relationship. With this arrangement, the water supply port 21 and the water discharge port 22 can be attached in a balanced manner.

〔フロートについて〕
フロート3は、水槽1内の水面に例えば船のように浮上し、水槽1内への給水および排水に伴う水面の上下動に従動して上下動する。また、フロート3は、その質量を所望の値に設定するために、内部または外部にバラストを付加したり、フロート3の肉厚を大きくしたり、比重の大きな材料を用いて水槽1を製作したり、以上の各手段の一部をまたは全部を適宜組み合わせたりすることができる。その結果、フロート3の排水質量が大きくなり、水面からの沈み込みが増大しても水面に浮上する限りは差し支えない。したがって、本発明において、フロート3は、その上部が水面上に露出する程度であれば、フロート3の上昇時に水による浮力を発電に利用するとともに、フロートの下降時にフロート3の質量を発電に利用することができる。
[About float]
The float 3 floats on the water surface in the water tank 1 like a ship, for example, and moves up and down following the vertical movement of the water surface accompanying water supply and drainage into the water tank 1. In order to set the mass of the float 3 to a desired value, a ballast is added inside or outside, the thickness of the float 3 is increased, or the aquarium 1 is manufactured using a material having a large specific gravity. Or a part or all of the above means can be combined as appropriate. As a result, the drainage mass of the float 3 becomes large, and even if the sinking from the water surface increases, there is no problem as long as it floats on the water surface. Therefore, in the present invention, the float 3 uses the buoyancy due to water for power generation when the float 3 rises and uses the mass of the float 3 for power generation when the float descends as long as the upper part is exposed on the water surface. can do.

また、本実施形態において、水力発電装置は、水槽1が上昇および降下する際の水槽1内への給水および水槽1内からの排水に伴ってフロート3を回転させるフロート回転手段を具備している。フロート回転手段を具備していることにより、フロートに生じたトルクを外部へ取り出し、発電機を駆動して発電するので、水力エネルギーを効率よく利用した発電が可能になる。フロート回転手段の例を示せば以下のである。
(1)水面の上下動によるフロート3の直線動作を直線−回転変換機構3によりフロート3の回転動作に変換する。
(2)給排水手段2によって水槽1内に回転水流を生成し、この回転水流によりフロート3を回転させる。
(3)上記(1)および(2)に示す手段の併用によりフロート3を回転させる。
Further, in the present embodiment, the hydroelectric generator includes a float rotating unit that rotates the float 3 in accordance with the water supply into the water tank 1 and the drainage from the water tank 1 when the water tank 1 is raised and lowered. . By providing the float rotating means, the torque generated in the float is taken out and the generator is driven to generate electric power. Therefore, it is possible to generate electric power using hydraulic energy efficiently. An example of the float rotating means is as follows.
(1) The linear motion of the float 3 caused by the vertical movement of the water surface is converted into the rotational motion of the float 3 by the linear-rotation conversion mechanism 3.
(2) A rotating water flow is generated in the water tank 1 by the water supply / drainage means 2, and the float 3 is rotated by this rotating water flow.
(3) The float 3 is rotated by the combined use of the means shown in (1) and (2) above.

(1)の回転について説明する。この回転は、水力発電装置の第1の発明において採用される回転であり、水面が上昇する際に、水圧がフロート3に作用するとともに、給水によって水面が上昇していくのに伴いフロート3が上方へ直線移動する際に、後述する直線−回転変換機構4を介してフロート3が回転する。フロート3は、十分な浮力およびトルクを得るために、水槽1内を自由に昇降自在になっている中でなるべく大きな面積を保有するように構成される。また、トルクを大きくするためには、フロート3の質量をなるべく大きく設定すればよい。   The rotation (1) will be described. This rotation is the rotation employed in the first invention of the hydroelectric power generation apparatus. When the water surface rises, the water pressure acts on the float 3, and the float 3 moves as the water surface rises due to water supply. When linearly moving upward, the float 3 rotates via a linear-rotation conversion mechanism 4 described later. In order to obtain sufficient buoyancy and torque, the float 3 is configured to have as large an area as possible while freely moving up and down in the water tank 1. Further, in order to increase the torque, the mass of the float 3 may be set as large as possible.

また、水面が下降する際には、これに伴ってフロート3が下方へ直線移動する。フロート3が直線移動する際に、フロート3は、その排水重力または質量によって、直線−回転変換機構4を介して回転する。したがって、水面が上昇する際には、フロート3の浮力を発電に利用することができる。一方、水面が低下していく際には、水位の低下とフロート3の低下が同期する場合にはフロート3の排水重力を、また排水を早めてフロート3の降下速度より水位の低下速度が大きい場合にはフロート3の質量を、それぞれ発電に利用することができる。   When the water surface descends, the float 3 moves linearly downward along with this. When the float 3 moves linearly, the float 3 rotates through the linear-rotation conversion mechanism 4 due to the gravity or mass of drainage. Therefore, when the water surface rises, the buoyancy of the float 3 can be used for power generation. On the other hand, when the water level is decreasing, if the decrease in water level and the decrease in float 3 are synchronized, the drainage gravity of float 3 is accelerated, and the rate of decrease in water level is greater than the rate of descent of float 3 by expelling drainage. In some cases, the mass of the float 3 can be used for power generation.

(2)の回転について説明する。この回転は、水力発電装置の第2の発明において採用される回転であり、給排水手段2により給排水時に水槽1内の水に回転水流が生成されると、水面に浮上するフロート3も回転水流に追従して回転する。   The rotation (2) will be described. This rotation is the rotation employed in the second invention of the hydroelectric power generator. When a rotating water flow is generated in the water in the water tank 1 by the water supply / drainage means 2 at the time of water supply / drainage, the float 3 that floats on the water surface also becomes a rotating water flow. Follow and rotate.

(3)の回転について説明する。この回転は、上記(1)と(2)の回転が同時に生じるので、水力エネルギーを最大限利用して発電することが可能になるので、最適な態様である。   The rotation (3) will be described. This rotation is the optimum mode because the rotations of (1) and (2) above occur simultaneously, so that it is possible to generate electric power by utilizing hydraulic energy as much as possible.

さらに、フロート3は、その形状を自由に選択できる。しかしながら、回転しやすい形状としては円盤状をなしているのが好ましい。これにより、回転時における安定性が高くて、しかも一定の水線長で最大の浮力を得る、すなわち最大の排水重力を設定しやすくなる。   Further, the shape of the float 3 can be freely selected. However, the shape that is easy to rotate is preferably a disc shape. Thereby, the stability at the time of rotation is high, and the maximum buoyancy can be obtained with a constant water line length, that is, the maximum drainage gravity can be easily set.

図示の実施形態において、フロート3の重心部位に後述する直線−回転変換機構4のリードナット部42の下端が固着されていて、フロート3の回転中心部からトルクを外部へ取り出すように構成されている。この構造によれば、トルクの取り出しが容易かつ安定する利点があるので、好適である。   In the illustrated embodiment, a lower end of a lead nut portion 42 of the linear-rotation conversion mechanism 4 to be described later is fixed to the center of gravity of the float 3, and the torque is extracted from the rotation center portion of the float 3 to the outside. Yes. This structure is preferable because there is an advantage that the torque can be easily and stably taken out.

水力発電装置の第1および第2の発明のいずれにおいても、フロート3の外面にフロート3の回転を補助する回転補助部材を配設することができる。例えば、フロート3の側面および/または底面にフィン31、32を適宜の数配設することができる。これらのフィン31、32は、回転中心を中心とした放射状に形成される。また、所望に応じてフィン31、32に水車や風車のような曲面を形成して回転水流の運動エネルギーをフロート3の回転の際のトルクに変換しやすくすることができる。上記のように回転補助部材を配設することにより、水力発電装置の第1の発明においては、フロート3を起動促進効果がある。また、水力発電装置の第2の発明においては、回転水流に対するフロート3の従動が一層確実に行われる。   In any of the first and second aspects of the hydroelectric generator, a rotation assisting member that assists the rotation of the float 3 can be disposed on the outer surface of the float 3. For example, an appropriate number of fins 31 and 32 can be arranged on the side surface and / or bottom surface of the float 3. These fins 31 and 32 are formed in a radial pattern around the center of rotation. Further, if desired, curved surfaces such as water turbines and windmills can be formed on the fins 31 and 32 so that the kinetic energy of the rotating water flow can be easily converted into torque when the float 3 rotates. By arranging the rotation assisting member as described above, in the first invention of the hydroelectric generator, there is an effect of promoting the activation of the float 3. In the second invention of the hydroelectric generator, the float 3 is more reliably driven with respect to the rotating water flow.

水力発電装置の第1の発明における後述する直線−回転変換機構4がフロート3の回転中心部に配設される好適な態様の場合、フロート3の重心位置において水密を維持してフロート3に貫通口33が形成されている。そして、この貫通口33にリードナット部42の下端が固定される。換言すれば、フロート3の重心部位から直線−回転変換機構4のリードナット部42が起立している。   In a preferred embodiment in which a linear-rotation conversion mechanism 4 to be described later in the first aspect of the hydroelectric generator is disposed at the center of rotation of the float 3, the water tightness is maintained at the center of gravity of the float 3, and the float 3 is penetrated. A mouth 33 is formed. The lower end of the lead nut portion 42 is fixed to the through-hole 33. In other words, the lead nut portion 42 of the linear-rotation conversion mechanism 4 stands from the center of gravity of the float 3.

〔直線−回転変換機構について〕
直線−回転変換機構4は、水力発電装置の第1の発明における特徴的構成部分であり、フロート3の上下動すなわち直線運動の際に、その直線運動を利用してフロート2を回転させる手段である。フロート3を回転させる駆動力は、上昇の場合、水槽1内における水面の上昇速度とフロート3の浮力との相関によって得られる。また、フロート3が下降する場合、フロート3の排水重力および水面の下降速度の相関によってフロート3を回転させる駆動力が得られる。このため、得られるフロート3の回転は、上昇時と下降時とで互いに反対方向となる。なお、フロート3の浮力と排水重力は、働く向きが逆になるが、力の大きさを等しくすることができる。また、浮力および排水重力は、フロート3の接水面積および質量により変化するので、適当な接水面積および質量を選択することにより所望の浮力および排水重力を設定することができる。水位の上昇速度は単位時間当たりの給水量に比例し、下降速度は単位時間当たりの排水量に比例する。したがって、給水量および排水量を適切に選択することにより、上昇速度およびその際の回転数と下降速度およびその際の回転数とを略一致させることが可能になる。
[Linear-rotation conversion mechanism]
The linear-rotation conversion mechanism 4 is a characteristic component in the first aspect of the hydroelectric generator, and is means for rotating the float 2 using the linear motion when the float 3 moves up and down, that is, in linear motion. is there. The driving force for rotating the float 3 is obtained by the correlation between the rising speed of the water surface in the water tank 1 and the buoyancy of the float 3 when rising. Further, when the float 3 descends, a driving force for rotating the float 3 is obtained by the correlation between the drainage gravity of the float 3 and the descending speed of the water surface. For this reason, the rotation of the float 3 obtained is opposite to each other when it rises and when it descends. Note that the buoyancy of the float 3 and the gravity of drainage are reversed in their working directions, but the magnitude of the force can be made equal. Further, since the buoyancy and drainage gravity change depending on the water contact area and mass of the float 3, the desired buoyancy and drainage gravity can be set by selecting an appropriate water contact area and mass. The rising speed of the water level is proportional to the amount of water supplied per unit time, and the descending speed is proportional to the amount of drainage per unit time. Accordingly, by appropriately selecting the amount of water supply and the amount of drainage, it is possible to make the ascending speed and the rotational speed at that time substantially coincide with the descending speed and the rotational speed at that time.

また、直線−回転変換機構4は、既知の手段を用いて構成することができる。基本的には、リードねじ機構を用いて直線−回転変換機構4を構成するのが好ましい。なお、リードねじ機構は、リードねじ部41およびリードナット部42からなる。リードねじ部41は、外面にリードねじ溝41aを形成したフロート3の直線移動距離をカバーする長さを有して固定される。リードナット部42は、リードねじ部41のリードねじ溝41aに螺合した雌ねじ溝42aを備えている。そして、リードナット部42を自由にするとともにリードねじ部41の軸方向に沿って押すと、リードナット部42が回転しながらリードねじ部41に沿って直線運動する。   Further, the linear-rotation conversion mechanism 4 can be configured using known means. Basically, it is preferable to configure the linear-rotation conversion mechanism 4 using a lead screw mechanism. The lead screw mechanism includes a lead screw portion 41 and a lead nut portion. The lead screw portion 41 is fixed to have a length that covers the linear movement distance of the float 3 in which the lead screw groove 41a is formed on the outer surface. The lead nut portion 42 includes a female screw groove 42a that is screwed into the lead screw groove 41a of the lead screw portion 41. When the lead nut portion 42 is released and pushed along the axial direction of the lead screw portion 41, the lead nut portion 42 linearly moves along the lead screw portion 41 while rotating.

直線−回転変換機構4を水槽1とフロート3の間に適用する場合、フロート3の重心部および水槽1の予定回転中心部との間に直線−回転変換機構3を構成するのが好ましい。しかし、所望によりフロート3の回転周縁部および水槽1の内周面の間に回転変換機構4を構成することもできる。以下、上記両態様についてさらに説明を進める。   When the linear-rotation conversion mechanism 4 is applied between the water tank 1 and the float 3, the linear-rotation conversion mechanism 3 is preferably configured between the center of gravity of the float 3 and the planned rotation center of the water tank 1. However, the rotation conversion mechanism 4 can be configured between the rotating peripheral edge of the float 3 and the inner peripheral surface of the water tank 1 as desired. Hereinafter, further explanation will be made on both aspects.

(フロートの重心部に直線−回転変換機構を配置する構成)
フロート3の回転中心となる重心部と水槽1の回転中心の予定部との間に直線−回転変換機構4を配置する構成は、以下のとおりである。すなわち、直線−回転変換機構4は、図1および図6に示し、かつ上述のように、リードねじ部41およびリードナット部42により構成されている。
(Configuration in which a linear-rotation conversion mechanism is arranged at the center of gravity of the float)
The configuration in which the linear-rotation conversion mechanism 4 is disposed between the center of gravity serving as the rotation center of the float 3 and the planned center of the rotation center of the water tank 1 is as follows. That is, the linear-rotation conversion mechanism 4 includes the lead screw portion 41 and the lead nut portion 42 as shown in FIGS. 1 and 6 and as described above.

リードねじ部41は、水槽1内のフロート3の回転中心の予定部から起立した固定軸を構成している。そして、その下端が水槽1底面に例えば台座43を介して固定され、中間部が水槽1の上蓋11の挿通口11aおよび基盤部7をそれぞれ緩く通過し、上端が水槽1および関連設備を覆う屋根などの適当な構造体9に例えば取付台44を介して固定される。また、外面にリードねじ溝41aが形成されている。   The lead screw portion 41 constitutes a fixed shaft that stands up from a predetermined portion at the center of rotation of the float 3 in the water tank 1. The lower end of the roof is fixed to the bottom of the water tank 1 via, for example, the base 43, the middle part loosely passes through the insertion port 11a and the base part 7 of the upper lid 11 of the water tank 1, and the upper end covers the water tank 1 and related equipment. For example, it is fixed to an appropriate structure 9 such as a mounting base 44. A lead screw groove 41a is formed on the outer surface.

リードねじ溝41aは、そのリード角が回転水流を併用しない態様では比較的大きく設定するのがリード作用を良好にするために好ましく、例えば45〜85°程度、より一層好ましくは50〜80°程度に設定することができる。しかし、リードねじ溝41aとリードナット部42の雌ねじ溝42aとの間のすべり抵抗を小さくすれば、上記45°未満であっても直線−回転変換動作を行わせることが可能であり、例えばリード角が10°程度以上であってもよい。なお、すべり抵抗を小さくする手段としては既知の手段である例えばボールベアリングなどをすべり部分に介在させることができる。この種の手段としてボールねじを用いることができる。   The lead screw groove 41a is preferably set to have a relatively large lead angle in a mode where a rotating water flow is not used together in order to improve the lead action, for example, about 45 to 85 °, and more preferably about 50 to 80 °. Can be set to However, if the sliding resistance between the lead screw groove 41a and the female screw groove 42a of the lead nut portion 42 is reduced, linear-rotation conversion operation can be performed even if the angle is less than 45 °. The angle may be about 10 ° or more. As a means for reducing the slip resistance, a known means such as a ball bearing can be interposed in the slip portion. A ball screw can be used as this kind of means.

また、給排水手段2により生成される回転水流によってフロート3を回転させる水力発電装置の第2の発明を第1の発明に併せて実施する場合には、回転水流によってトルクが加算されるので、その加算の程度に応じて上記リード角を小さくすることができ、水槽1内への給水量の割りにフロート3の回転数が高くなるので、水力発電装置の第1の発明を単独で実施する場合に比較して相対的にリード角を小さくすることができ、例えば5〜45°程度に設定することができる。   Further, when the second invention of the hydroelectric power generator that rotates the float 3 by the rotating water flow generated by the water supply / drainage means 2 is carried out together with the first invention, the torque is added by the rotating water flow. The lead angle can be reduced according to the degree of addition, and the number of rotations of the float 3 increases for the amount of water supplied into the water tank 1, so that the first invention of the hydroelectric generator is carried out independently The lead angle can be made relatively smaller than that of, for example, about 5 to 45 °.

リードナット部42は、その下端がフロート3に固定され、上端が水槽1の上蓋11の開口11aおよび基盤部7を緩く貫通していて、全体としてスリーブ状をなしていて、リードねじ軸41の周囲を包囲しているとともに、内面に雌ねじ溝42aが形成されている。そして、雌ねじ溝42aがリードねじ溝41aに螺合している。なお、リードナット部42のフロート3から上方へ突出している部分の外面には、後述するトルク取り出し機構5のトルク取り出し部51のスプライン溝51aが形成される。リードナット部42がリードねじ軸41の軸方向に押されてフロート3と一緒にリードねじ軸41の長手方向へ直線運動を行う際に、リードナット部42が回転し、その結果後述するようにフロート3が回転する。リードナット部42を押し上げる力は、水面の上昇とともにフロート3に作用する浮力である。また、リードナット部42を押し下げる力は、水面の下降とともにフロート3に作用する排水重力またはフロート3の質量である。   The lower end of the lead nut portion 42 is fixed to the float 3, and the upper end loosely penetrates the opening 11a of the upper lid 11 of the water tank 1 and the base portion 7, forming a sleeve shape as a whole. While surrounding the periphery, a female screw groove 42a is formed on the inner surface. The female screw groove 42a is screwed into the lead screw groove 41a. Note that a spline groove 51a of a torque extraction portion 51 of the torque extraction mechanism 5 described later is formed on the outer surface of a portion of the lead nut portion 42 protruding upward from the float 3. When the lead nut portion 42 is pushed in the axial direction of the lead screw shaft 41 and linearly moves in the longitudinal direction of the lead screw shaft 41 together with the float 3, the lead nut portion 42 rotates. Float 3 rotates. The force that pushes up the lead nut portion 42 is buoyancy that acts on the float 3 as the water level rises. Further, the force that pushes down the lead nut portion 42 is the gravity of drainage acting on the float 3 or the mass of the float 3 as the water surface descends.

また、リードナット部42は、その下端が前述のようにフロート3の重心部に固着されて、フロート2と一体化される。このため、リードナット部42が回転すると、フロート3が一緒に回転する。すなわち、フロート3の浮力および排水重力がリードナット部42に対して押し上げ力および押し下げ力として作用し、その結果フロート3も回転してトルクが生じ、フロート3は上下動の際に回転することになる。   Further, the lower end of the lead nut portion 42 is fixed to the center of gravity of the float 3 as described above, and is integrated with the float 2. For this reason, when the lead nut portion 42 rotates, the float 3 rotates together. That is, the buoyancy and drainage gravity of the float 3 acts as a push-up force and a push-down force on the lead nut portion 42. As a result, the float 3 also rotates to generate torque, and the float 3 rotates when moving up and down. Become.

(フロートの回転周縁部に直線−回転変換機構を配置する構成)
水槽1の内面とフロートの回転周縁部との間に直線−回転変換機構4を配置する構成は、以下のとおりである。すなわち、この態様における直線−回転変換機構3は、図示しないが、水槽1の内周面に形成したリードナット部およびフロート2の外周縁部に形成されたリードねじ部より構成される。
(Configuration in which a linear-rotation conversion mechanism is arranged at the rotation peripheral edge of the float)
The configuration in which the linear-rotation conversion mechanism 4 is disposed between the inner surface of the water tank 1 and the rotation peripheral edge of the float is as follows. That is, the linear-rotation conversion mechanism 3 in this embodiment is configured by a lead nut portion formed on the inner peripheral surface of the water tank 1 and a lead screw portion formed on the outer peripheral edge portion of the float 2, although not shown.

リードナット部は、水槽1の内周面に雌ねじが形成されて、螺旋状をなしたフロート3の案内溝として機能する。なお、雌ねじは、横断面凹溝状または凸条状をなすように構成することができる。   The lead nut portion functions as a guide groove of the spiral float 3 in which a female thread is formed on the inner peripheral surface of the water tank 1. The internal thread can be configured to have a cross-sectional groove shape or a ridge shape.

リードねじ部は、フロート3の周縁に雄ねじが形成されて、リードナット部に螺合する。そして、リードナット部の雌ねじ溝に係合すなわち螺合する案内子として機能する。雌ねじ溝は、連続した雄ねじ溝を形成していてもよいし、フロート3の周面から一定間隔で突出するアーム状などをなして分断された雄ねじ溝を形成していてもよい。さらに、雄ねじ溝は、リードナット部が凹溝状をなしている場合には、その凹溝内において係合する。また、リードナット部が凸条状をなしている場合には、その凸条部の上下両面を挟むように係合する。上述のいずれの態様においても、係合状態でフロート2が上下動する際の抵抗を低減するために、ローラベアリングまたはボールベアリングなどの滑動部材を案内子の摺動部分に介在させるのが好ましい。   The lead screw portion has a male screw formed on the periphery of the float 3 and is screwed into the lead nut portion. And it functions as a guide which engages, that is, is screwed into the female thread groove of the lead nut portion. The female screw groove may form a continuous male screw groove, or may form a male screw groove divided into an arm shape or the like protruding from the peripheral surface of the float 3 at a constant interval. Further, when the lead nut portion has a concave groove shape, the male screw groove engages in the concave groove. Further, when the lead nut portion has a ridge shape, the lead nut portion is engaged so as to sandwich the upper and lower surfaces of the ridge portion. In any of the above embodiments, it is preferable that a sliding member such as a roller bearing or a ball bearing is interposed in the sliding portion of the guide in order to reduce resistance when the float 2 moves up and down in the engaged state.

〔トルク取り出し機構について〕
トルク取り出し機構5は、回転するフロート3に生じたトルクを水槽1の外部へ取り出して、後述する発電機7を駆動するために、トルクを発電機7まで伝達する手段である。トルク取り出し機構5は、その機能が、トルク取り出し部51、回転方向切替部52および増速器53により構成されている。以下、上記各機能について説明する。
[Torque extraction mechanism]
The torque extraction mechanism 5 is means for extracting the torque generated in the rotating float 3 to the outside of the water tank 1 and transmitting the torque to the generator 7 in order to drive the generator 7 described later. The function of the torque extraction mechanism 5 includes a torque extraction unit 51, a rotation direction switching unit 52, and a speed increaser 53. Hereinafter, each function will be described.

(トルク取り出し部について)
トルク取り出し部51は、回転するフロート3からトルクを外部へ取り出すための機能手段であり、本発明において、その具体的な構造は特段限定されない。例えば、水力発電装置の第1の発明において、図1に示すように、直線−回転変換機構4がフロート3の重心部位に配置される構成の場合、リードナット部42の外周面にスプライン溝51aを形成し、このスプライン溝51aに内歯がスプライン結合する歯車51bおよびこの歯車51bに歯合する別軸の歯車51cを配設することにより、トルクを外部へ取り出すことができる。
(Torque extraction part)
The torque extraction unit 51 is a functional unit for extracting torque from the rotating float 3 to the outside, and the specific structure thereof is not particularly limited in the present invention. For example, in the first aspect of the hydroelectric generator, as shown in FIG. 1, when the linear-rotation conversion mechanism 4 is arranged at the center of gravity of the float 3, the spline groove 51 a is formed on the outer peripheral surface of the lead nut portion 42. And a gear 51b whose inner teeth are spline-coupled to the spline groove 51a and a gear 51c of another shaft that meshes with the gear 51b can be provided to extract the torque to the outside.

また、直線−回転変換機構4がフロート3の回転周縁部に配置される構成の場合、図示しないが、リードねじ溝41aを有していない以外は図1のリードねじ部41と同様な固定軸を配設するとともに、上記固定軸に嵌合し、雌ねじ溝を有していない以外は図1のリードナット部42と同様なスリーブをフロート3の重心部位に固定し、かつこのスリーブの外面に前記スプライン溝51aと同様なスプライン溝を形成し、このスプライン溝にスプライン結合する歯車51bと同様な歯車と、この歯車51cと同様な歯車を別軸で配設すれば、直線−回転変換機構4がフロート3の重心部位に配置される上述の構成の場合と同様に回転トルクをフロート3の重心部から外部へ取り出すことができる。   Further, in the case where the linear-rotation conversion mechanism 4 is arranged at the rotation peripheral portion of the float 3, although not shown, a fixed shaft similar to the lead screw portion 41 of FIG. 1 except that the lead screw groove 41a is not provided. A sleeve similar to the lead nut portion 42 of FIG. 1 is fixed to the center of gravity of the float 3 except that it is fitted to the fixed shaft and does not have a female thread groove, and is attached to the outer surface of the sleeve. If a spline groove similar to the spline groove 51a is formed, a gear similar to the gear 51b that is splined to the spline groove, and a gear similar to the gear 51c are arranged on different axes, the linear-rotation conversion mechanism 4 As in the case of the above-described configuration in which is arranged at the center of gravity of the float 3, the rotational torque can be taken out from the center of gravity of the float 3.

(回転方向切替部について)
回転方向切替部52は、フロート3の回転が上昇時と下降時とで逆になるが、この場合に発電機7の回転を常時所定の一定方向に転換するための機能手段である。図示の実施形態において、回転方向切替部52は、スラスト軸52a、互いに逆向きの一対の駆動かさ歯車52b、52c、スラスタ52d、従動軸52eおよび従動かさ歯車52fを含んで構成されている。
(About the rotation direction switching part)
The rotation direction switching unit 52 is a functional means for constantly changing the rotation of the generator 7 to a predetermined constant direction in this case, although the rotation of the float 3 is reversed between when it is raised and when it is lowered. In the illustrated embodiment, the rotation direction switching unit 52 includes a thrust shaft 52a, a pair of drive bevel gears 52b and 52c, thrusters 52d, a driven shaft 52e, and a driven bevel gear 52f that are opposite to each other.

スラスト軸52aは、リードナット部42と平行に配設され、長手方向の一部の外面にスプライン溝52a1が形成されている。そして、前記歯車51cの内歯がスプライン溝52a1にスプライン結合している。なお、歯車51cは、スラスト軸52aがスラスト移動をしても、スラスト歯車51aとの噛み合いが外れないように、図1では図示を省略しているが、上下方向の位置が規制されている。また、スラスト軸52aは、軸方向に所定距離だけスラスト可能に軸止されている。   The thrust shaft 52a is disposed in parallel with the lead nut portion 42, and a spline groove 52a1 is formed on a part of the outer surface in the longitudinal direction. The internal teeth of the gear 51c are splined to the spline groove 52a1. Although the gear 51c is not shown in FIG. 1 so that the mesh with the thrust gear 51a is not disengaged even if the thrust shaft 52a is thrust moved, the position in the vertical direction is restricted. Further, the thrust shaft 52a is axially fixed so as to be thrustable by a predetermined distance in the axial direction.

逆向きの一対の駆動かさ歯車52b、52cは、45°傾斜したかさ歯の部分が互いに対向した状態でスラスト軸52aに固定して装荷されている。また、一対の駆動かさ歯車52b、52cは、スラスト軸52aのスラストの際に、後述する従動かさ歯車52fがいずれか一方の駆動かさ歯車52bまたは52cにのみ選択的に噛み合えるような距離だけ離間している。   The pair of driving bevel gears 52b and 52c in the opposite directions are fixedly loaded on the thrust shaft 52a in a state where the bevel teeth inclined by 45 ° face each other. In addition, the pair of driving bevel gears 52b and 52c are separated by a distance such that a driven bevel gear 52f, which will be described later, can selectively mesh with only one of the driving bevel gears 52b or 52c when the thrust shaft 52a is thrust. doing.

従動軸52eは、スラスト軸52aと直交して配設されるとともに、回転可能に軸止されている。なお、従動軸52aは、後述する増速器53の入力軸がこれを兼ねることができる。   The driven shaft 52e is disposed orthogonal to the thrust shaft 52a and is rotatably supported. The driven shaft 52a can also serve as the input shaft of the speed increaser 53 described later.

従動かさ歯車52fは、従動軸52eに固定して装荷されているとともに、一対の駆動かさ歯車52b、52cのいずれか一方に噛み合い、フロート3のトルクが上述の各機構4、5を経由して伝道され、従動軸(入力軸)52eを回転させる。   The driven bevel gear 52f is fixedly loaded on the driven shaft 52e and meshes with one of the pair of driving bevel gears 52b and 52c, and the torque of the float 3 passes through the above-described mechanisms 4 and 5 respectively. The driven shaft rotates the driven shaft (input shaft) 52e.

スラスタ52dは、スラスト軸52aを軸方向にスライドさせて、一対の駆動かさ歯車52b、52cのうち必要な方を従動かさ歯車52fに噛み合わせるための手段である。そして、例えば電動、油圧などの遠隔操作手段を用いて遠隔制御および連動制御を可能にすることができる。   The thruster 52d is a means for sliding the thrust shaft 52a in the axial direction and meshing the required one of the pair of driving bevel gears 52b and 52c with the driven bevel gear 52f. And remote control and interlocking control can be made possible by using remote control means such as electric or hydraulic pressure.

(増速器について)
増速器53は、回転方向切替部52および発電機7の間に介在して、回転方向切替部52から得られた回転数を発電機6の効率が高くなる回転数まで増速して、出力軸53aから出力して発電機6を駆動する手段である。既知の増速器を用いることができる。
(About the gearbox)
The speed increaser 53 is interposed between the rotation direction switching unit 52 and the generator 7 to increase the rotation speed obtained from the rotation direction switching unit 52 to the rotation speed at which the efficiency of the generator 6 is increased, This is means for driving the generator 6 by outputting from the output shaft 53a. Known speed increasers can be used.

〔発電機について〕
発電機6は、回転するフロート3のトルクにより駆動されて発電するように配設されている。発電機6の種類は、特段限定されない。例えば、同期発電機、誘導発電機などを用いることができる。
[About the generator]
The generator 6 is arranged to be driven by the torque of the rotating float 3 to generate power. The type of the generator 6 is not particularly limited. For example, a synchronous generator, an induction generator, etc. can be used.

〔発電ユニットについて〕
以上、説明した歯車51c、回転方向切替部52、増速器53および発電機6を1単位とする発電ユニットGUを構成することができる。本実施形態の場合、フロート3から得られるトルクが大きいので、トルクの大きさに応じて複数の発電機ユニットGUをリードねじ軸41または回転軸の周囲に配設することが可能である。図示の実施形態においては、それぞれ外被によって包囲され得る4つの発電機ユニットGUがリードねじ軸41の周囲に90°間隔で配置されている。
[About the power generation unit]
As described above, the power generation unit GU including the gear 51c, the rotation direction switching unit 52, the speed increaser 53, and the power generator 6 as a unit can be configured. In the case of this embodiment, since the torque obtained from the float 3 is large, it is possible to arrange a plurality of generator units GU around the lead screw shaft 41 or the rotation shaft in accordance with the magnitude of the torque. In the illustrated embodiment, four generator units GU, each of which can be surrounded by a jacket, are arranged around the lead screw shaft 41 at 90 ° intervals.

〔水力発電方法および水力発電装置の動作について〕
次に、図示の実施形態における水力発電方法および水力発電装置の動作について説明する。
[Hydraulic power generation method and operation of the hydroelectric generator]
Next, the operation of the hydroelectric power generation method and the hydroelectric power generator in the illustrated embodiment will be described.

(水力発電方法)
第1の工程では、水槽1内への給水を開始すると、水槽1内の水位が上昇しだし、内部にされたフロート3が水面に浮上するので、給水を継続してフロート3を図1の2点鎖線で上に示す上限高さまで上昇させる。上限高さに到達したら給水を停止する。そして、引き続いて水槽1内の排水を開始すると、水槽1内の水位が低下しだし、これに同期してフロート3も降下するので、排水を継続してフロート3を図1の2点鎖線で下に示す下限高さまで降下させる。下限高さに到達したら排水を停止する。以上の操作を連続して繰り返す。
(Hydropower generation method)
In the first step, when the water supply into the water tank 1 is started, the water level in the water tank 1 starts to rise, and the float 3 made inside rises to the surface of the water. It is raised to the upper limit height shown above with a two-dot chain line. Stop water supply when the maximum height is reached. Then, when the drainage in the tank 1 is started subsequently, the water level in the tank 1 begins to drop, and the float 3 also descends in synchronization with this, so the drainage continues and the float 3 is shown by the two-dot chain line in FIG. Lower to the lower limit height shown below. Stop draining when the lower limit is reached. The above operation is repeated continuously.

第2の工程では、フロート3の上昇および下降の際に、水槽1内の水のエネルギーによってフロート3を回転させる。なお、フロート3を回転させるには、直線−回転変換機構4を用いてフロート3の上昇および下降動作の際に回転させる第1の態様、給水および排水によって水槽1の内部に回転水流を生じさせてフロート3を回転させる第2の態様ならびに第1および第2の態様を併用する第3の態様のいずれであってもよい。   In the second step, the float 3 is rotated by the energy of the water in the water tank 1 when the float 3 is raised and lowered. In addition, in order to rotate the float 3, the 1st aspect rotated when the float 3 raises and descends using the linear-rotation conversion mechanism 4, the rotation water flow is produced in the water tank 1 by water supply and drainage. Any of the second mode of rotating the float 3 and the third mode of using the first and second modes together may be used.

第3の工程では、フロート3の回転により生じたトルクをトルク取出し機構5により水槽1から外部へ取り出し、発電機7に伝導して発電を行う。   In the third step, the torque generated by the rotation of the float 3 is taken out from the water tank 1 by the torque take-out mechanism 5 and conducted to the generator 7 to generate power.

(水力発電装置の第1の発明における動作)
第1の発明において、水力発電装置WGは、フロート3を回転させる手段として直線−回転変換機構4を具備している。この第1の水力発電装置においては、給水口21から水槽1内に給水すると、水槽1内の水位が上昇していく。このため、フロート3が水面に浮上し、水位の上昇に伴ってフロート3が上昇する。フロート3の上昇によって直線−回転変換機構4のリードねじ部41に螺合するリードナット部42がリードねじ部41の軸方向に押される。一方、リードねじ部41は、その上下両端が固定されているので、リードナット部42がリードねじ部41のねじ溝41aに沿って軸方向に移動する。このとき、リードナット部42が回転しながら軸方向に移動する。その結果、フロート3が回転し、回転しながら水面とともに上昇する。
(Operation of the hydroelectric generator in the first invention)
In the first invention, the hydroelectric generator WG includes a linear-rotation conversion mechanism 4 as means for rotating the float 3. In the first hydroelectric generator, when water is supplied into the water tank 1 from the water supply port 21, the water level in the water tank 1 rises. For this reason, the float 3 floats on the water surface, and the float 3 rises as the water level rises. As the float 3 moves up, the lead nut portion 42 screwed into the lead screw portion 41 of the linear-rotation conversion mechanism 4 is pushed in the axial direction of the lead screw portion 41. On the other hand, since the upper and lower ends of the lead screw portion 41 are fixed, the lead nut portion 42 moves in the axial direction along the screw groove 41a of the lead screw portion 41. At this time, the lead nut portion 42 moves in the axial direction while rotating. As a result, the float 3 rotates and rises with the water surface while rotating.

フロート3の上昇と一緒にリードナット部42が上昇すると、トルク取り出し機構5の取り出し部51のスプライン溝51a、各歯車51b、51c、回転方向切替部52のかさ歯車52c、従動かさ歯車52f、従動軸52eおよび増速器53を経由してトルクが伝導し、所要の回転数で発電機6が駆動されて発電する。   When the lead nut part 42 rises together with the rise of the float 3, the spline groove 51a of the take-out part 51 of the torque take-out mechanism 5, each gear 51b, 51c, the bevel gear 52c in the rotation direction switching part 52, the driven gear 52f, and the driven Torque is conducted via the shaft 52e and the speed increaser 53, and the generator 6 is driven at a required rotational speed to generate power.

次に、排水口22から排水を開始すると、これと連動してスラスタ52dが制御されてスラスタ軸52aが図1において引き上げられるとともに、水面が低下しだし、これに伴いフロート3が下降しだす。このとき、直線−回転変換機構4のリードねじ部41に螺合するリードナット部42がリードねじ部41の軸方向下方へ押される。このため、フロート3が上昇時とは逆の方向に回転する。このときの回転は、リードナット部42の外周のスプライン溝51a、各歯車51b、51cに順次伝導されるが、上述とは逆に回転する。スラスタ52dの上記駆動によって、今度はかさ歯車52bが従動かさ歯車52fに歯合するので、従動軸52eは上昇時と同じ方向に回転する。   Next, when drainage is started from the drain port 22, the thruster 52 d is controlled in conjunction with this, and the thruster shaft 52 a is pulled up in FIG. 1, and the water surface begins to drop, and accordingly the float 3 begins to descend. At this time, the lead nut portion 42 screwed into the lead screw portion 41 of the linear-rotation conversion mechanism 4 is pushed downward in the axial direction of the lead screw portion 41. For this reason, the float 3 rotates in the direction opposite to that when it rises. The rotation at this time is sequentially conducted to the spline groove 51a and the gears 51b and 51c on the outer periphery of the lead nut portion 42, but rotates in the opposite direction. Due to the drive of the thruster 52d, the bevel gear 52b is meshed with the driven gear 52f, so that the driven shaft 52e rotates in the same direction as when it is raised.

そうして、フロート3の下降のときにも発電機6は上昇時と同様に駆動されて発電する。水面の上昇および下降に伴ってフロート3が回転するときに大きなトルクが生じるので、十分な発電電力を得ることができる。また、大きなトルクをトルク取り出し機構5の歯車51bに4つの発電ユニットGUのそれぞれの歯車51cが歯合して配置されているので、トルクを分け合って4機の発電機6が並列運転を行う。   Thus, even when the float 3 is lowered, the generator 6 is driven and generated in the same manner as when it is raised. A large torque is generated when the float 3 rotates as the water surface rises and falls, so that sufficient generated power can be obtained. Further, since the gears 51c of the four power generation units GU are meshed with the gear 51b of the torque extraction mechanism 5, the four generators 6 perform the parallel operation by sharing the torque.

(水力発電装置の第2の発明における動作)
第2の発明において、水力発電装置WGは、フロート3を回転させる手段として給排水手段2を直線−回転変換機構4に代えて具備している。この第2の水力発電装置においては、給排水によって回転水流が生じてフロート3を回転させるから、回転生成のための構造が簡単化される。
(Operation in the second invention of the hydroelectric generator)
In the second invention, the hydroelectric generator WG includes a water supply / drainage means 2 as means for rotating the float 3 instead of the linear-rotation conversion mechanism 4. In this second hydroelectric power generation device, a rotating water flow is generated by water supply / drainage, and the float 3 is rotated. Therefore, the structure for generating rotation is simplified.

(水力発電装置の第1および第2の発明の融合における動作)
第1および第2の発明において、各発明の特徴的な構成部分を融合させて水力発電装置を構成することができる。この場合、フロート3の浮力および排水重力による回転と給排水時の回転水流による回転とが得られるから、より多くのトルクが得られる。このため、より多くの発電電力を得ることができる。
(Operation in the fusion of the first and second inventions of the hydroelectric generator)
In the first and second inventions, the hydroelectric generator can be configured by fusing the characteristic constituent parts of each invention. In this case, since the rotation by the buoyancy of the float 3 and drainage gravity and the rotation by the rotating water flow at the time of water supply / drainage can be obtained, more torque can be obtained. For this reason, more generated electric power can be obtained.

次に、図8を参照して本発明の水力発電装置WGの第1の設置例について説明する。集水部8において発電に使用する水量を確保し、集水部8から所要落差(あるいは水圧)が得られる位置に以上説明した水力発電装置WGを単一または複数順次縦列して配置する。そして、集水部8と水力発電装置WGの間を水管で連結する。水力発電装置WGから見ると、水管は給水側が給水管21aであり、排水側が排水管22aである。   Next, a first installation example of the hydroelectric generator WG of the present invention will be described with reference to FIG. The water collection unit 8 secures the amount of water used for power generation, and the hydroelectric generators WG described above are arranged in series in a single or a plurality of stages at positions where a required head (or water pressure) is obtained from the water collection unit 8. Then, the water collecting unit 8 and the hydroelectric generator WG are connected by a water pipe. From the viewpoint of the hydroelectric generator WG, the water pipe is the water supply pipe 21a on the water supply side and the drain pipe 22a on the drain side.

川の上流や例えば水道システムの中の給水塔を集水部8とし、川下や給水搭につながる水道管に水力発電装置WGを設置してもよい。なお、水道システムの場合、所要落差に相応する水圧があれば実際の落差がなくても本発明の水力発電方法および水力発電装置が正常に作動するので、特段の問題はない。   A hydroelectric generator WG may be installed upstream of the river or a water supply tower in a water supply system, for example, as the water collecting section 8 and in a water pipe connected to the downstream or a water tower. In the case of a water supply system, if there is a water pressure corresponding to the required head, the hydropower generation method and the hydropower generator of the present invention operate normally even if there is no actual head, so there is no particular problem.

[水力発電装置の第2の実施形態]
図9および図10を参照して本発明の水力発電装置の第2の実施形態について説明する。なお、図1ないし図8と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
[Second Embodiment of Hydroelectric Generator]
A second embodiment of the hydroelectric generator of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The same parts as those in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態は、水槽1の上下動からトルクを取り出して利用するように構成している。そして、水槽1、水槽上下動手段110、直線−回転変換手段120およびトルク利用手段130を具備している。   In the present embodiment, the torque is extracted from the vertical movement of the water tank 1 and used. A water tank 1, a water tank vertical movement means 110, a linear-rotation conversion means 120, and a torque utilization means 130 are provided.

〔水槽1〕
水槽1は、図10に示す給排水手段2´を備えていて、水槽1の内部に対する給水と、その内部に貯留した水を外部へ排水するのが水槽1の上下動に影響を実質的に受けることなしに可能である。水槽1は、その内部に貯留した水を含む全体の質量が給水および排水に伴って変化する。水槽1は、上記以外の機能を備えていることが許容される。例えば、図1に示す第1の実施形態におけるように、水槽1内にフロート3を配設することができる。そして、水槽1内の水位の上下動とともにフロート3が回転しながら上下動するので、そのときの回転からトルクを取り出して発電の動力源とすることができる。
(Water tank 1)
The water tank 1 is provided with a water supply / drainage means 2 'shown in FIG. 10, and the water supply to the inside of the water tank 1 and the drainage of the water stored therein are substantially affected by the vertical movement of the water tank 1. It is possible without The entire mass of the water tank 1 including the water stored in the tank 1 changes with water supply and drainage. The water tank 1 is allowed to have functions other than those described above. For example, the float 3 can be disposed in the water tank 1 as in the first embodiment shown in FIG. Since the float 3 moves up and down as the water level in the water tank 1 moves up and down, torque can be extracted from the rotation and used as a power source for power generation.

図示の実施形態において、水槽1の上下運動の妨げにならないようにした給排水手段2´の具体的な構成は、既知の各種手段を選択して採用すればよいので、特段限定されない。例えば、図8に示すように、テレスコピック配管構造をそれぞれ備えた給水管21´および排水管22´を用いて給排水手段2´を構成している。なお、本実施形態において、給水管21´および排水管22´は、後述するトルク利用手段であるところの一対のポンプ装置Pと直交する方向において、水槽1の底部に中心を挟んで対称的に配置されている。   In the illustrated embodiment, the specific configuration of the water supply / drainage means 2 ′ that does not hinder the vertical movement of the water tank 1 is not particularly limited, as it is only necessary to select and employ various known means. For example, as shown in FIG. 8, a water supply / drainage means 2 ′ is configured by using a water supply pipe 21 ′ and a drainage pipe 22 ′ each having a telescopic piping structure. In the present embodiment, the water supply pipe 21 ′ and the drain pipe 22 ′ are symmetrically sandwiched between the center of the bottom of the water tank 1 in a direction perpendicular to a pair of pump devices P that are torque utilization means described later. Has been placed.

給水管21´は、水槽1の底部から外部へ水密に延在して水槽1に直結した外側管21a´およびこの外側管21a´の内側へシール構造21c´を介して進退可能に嵌合する内側管21b´を備えている。そして、内側管21bが水源(図示しない。)に接続する。   The water supply pipe 21 'extends from the bottom of the water tank 1 to the outside in a watertight manner and is fitted to the outer pipe 21a' directly connected to the water tank 1 and inside the outer pipe 21a 'through a seal structure 21c' so as to be able to advance and retreat. An inner tube 21b ′ is provided. The inner pipe 21b is connected to a water source (not shown).

排水管22´は、水槽1の底部から外部へ水密に延在して水槽1に直結した内側管22a´およびこの内側管22a´の外側へシール構造22c´を介して進退可能に嵌合する外側管22b´を備えている。そして、外側管22bから外部へ排水が行われる。   The drain pipe 22 'extends from the bottom of the water tank 1 to the outside in a watertight manner, and is fitted to the outside of the inner pipe 22a' through the seal structure 22c 'so as to be movable forward and backward. An outer tube 22b ′ is provided. Then, drainage is performed from the outer pipe 22b to the outside.

〔水槽上下動手段110〕
水槽上下動手段110は、水槽1内への給水および排水に伴う水槽1全体の質量変化に応じて水槽1を上下運動させる手段である。水槽1の上下動は、水槽1の上記全体の質量が大きくなると降下し、反対に質量が小さくなると上昇して元の位置に復帰する態様で上下動するのが好ましい。
[Water tank vertical movement means 110]
The water tank up-and-down moving means 110 is means for moving the water tank 1 up and down in accordance with the mass change of the entire water tank 1 due to water supply and drainage into the water tank 1. The vertical movement of the water tank 1 is preferably moved up and down in such a manner that the water tank 1 descends when the total mass of the water tank 1 increases, and conversely rises and returns to its original position when the mass decreases.

図示の実施形態において、水槽上下動手段110は、水槽抱持体111および復帰機構112を備えて構成されている。   In the illustrated embodiment, the water tank vertical movement means 110 includes a water tank holding body 111 and a return mechanism 112.

水槽抱持体111は、水槽1を外側から抱持して水槽1が上下動を円滑に行えるように案内する案内部111a、基底部111b、滑動手段111cおよび上蓋111dを備えて構成されている。水槽案内部111aは、水槽1を外側から緩く抱持する筒状ないし枠状をなしている部分である。水槽1は、水槽案内部111aの内部を上下動する。基底部111bは、水槽案内部111aの基部に位置して水槽抱持体111を支えている。また、図示の実施形態においては、2重底構造を構成していて、上底部Aが水槽1の底部に対向している。また、下底部Bと上底部Aの間の空間内に後述するトルク利用手段130と直線−回転変換手段120の一部が配置されている。滑動手段111cは、水槽案内部111aの側面と水槽1の側面の間に介在して水槽1の滑りを良好にする手段であり、例えばローラーを水槽案内部111aの内面に支持することによって構成されている。上蓋111dは、案内部111aの上端開口部を閉鎖するとともに、上面に発電ユニットGUを載置している。   The water tank holding body 111 is configured to include a guide part 111a, a base part 111b, a sliding means 111c, and an upper lid 111d that hold the water tank 1 from the outside and guide the water tank 1 so that the water tank 1 can smoothly move up and down. . The water tank guide 111a is a cylindrical or frame-shaped part that loosely holds the water tank 1 from the outside. The water tank 1 moves up and down in the water tank guide 111a. The base 111b is located at the base of the water tank guide 111a and supports the water tank holding body 111. Further, in the illustrated embodiment, a double bottom structure is formed, and the upper bottom portion A faces the bottom portion of the water tank 1. Further, in a space between the lower bottom portion B and the upper bottom portion A, a part of torque use means 130 and a linear-rotation conversion means 120 described later are disposed. The sliding means 111c is a means for interposing between the side surface of the water tank guide 111a and the side surface of the water tank 1 to improve the sliding of the water tank 1, and is configured by supporting a roller on the inner surface of the water tank guide 111a, for example. ing. The upper lid 111d closes the upper end opening of the guide portion 111a and places the power generation unit GU on the upper surface.

復帰機構112は、給水により内部に貯留する水の量が増加して水槽1全体の質量が大きくなったときに水槽1が下降した後、排水により水槽1全体の質量が小さくなったときに水槽1を上昇させて元の位置に戻す手段である。復帰機構112のその余の構成は特段限定されない。   The return mechanism 112 is configured such that after the water tank 1 descends when the amount of water stored inside increases due to water supply and the mass of the entire water tank 1 increases, the water tank 1 A means to raise 1 and return it to its original position. The remaining configuration of the return mechanism 112 is not particularly limited.

図示の実施形態においては、一例として油圧シリンダー112aおよびコイルばね112bの併用により復帰機構112が構成されている。この復帰機構112は、水槽1の下面と上底部Aとの間において水槽1の周囲に適数組、例えば90°間隔で4組が等配して配設される。なお、水槽1の底部は、復帰機構112の上端部を受け入れて定置させるために、適当な深さの凹窪部1aを上記上端部の受け入れ部分に形成している。しかし、復帰機構112は、水槽1全体の質量が大きいときに水槽1が下降した後、排水によって水槽1の質量が小さくなったときに水槽1を上昇させて元の位置に復帰させる機構であればよいので、上記実施形態に限定されないことを理解できるであろう。   In the illustrated embodiment, as one example, the return mechanism 112 is configured by a combined use of a hydraulic cylinder 112a and a coil spring 112b. The return mechanism 112 is disposed between the lower surface of the water tank 1 and the upper bottom part A so that an appropriate number of sets, for example, four sets are arranged at intervals of 90 ° around the water tank 1. In addition, in order to receive and place the upper end portion of the return mechanism 112, the bottom portion of the water tank 1 is formed with a concave portion 1a having an appropriate depth in the receiving portion of the upper end portion. However, the return mechanism 112 may be a mechanism that raises the water tank 1 to return to the original position when the mass of the water tank 1 is reduced by drainage after the water tank 1 is lowered when the mass of the entire water tank 1 is large. It will be understood that the present invention is not limited to the above embodiment.

〔直線−回転変換手段120〕
直線−回転変換手段120は、水槽1の上下運動を回転運動に変換してトルクを取り出す手段である。直線−回転変換手段120のその余の構成は特段限定されない。例えば、水槽1の底部中心部に直線−回転変換手段120を配設するのが好ましい。
[Linear-rotation conversion means 120]
The linear-rotation conversion means 120 is means for converting the vertical motion of the water tank 1 into rotational motion and extracting the torque. The remaining configuration of the linear-rotation conversion means 120 is not particularly limited. For example, it is preferable to arrange the linear-rotation conversion means 120 at the center of the bottom of the water tank 1.

図示の実施形態において、直線−回転変換手段120は、第1の実施形態におけるフロート3の浮力および質量によるフロート3の上下運動を回転運動に変換してトルクを取り出すか、またはフロートの回転運動からトルクを取り出す直線−回転変換機構4と同様な機構により構成されている。すなわち、直線−回転変換手段120は、雄ねじ軸121および雌ねじ体122を主体として構成されている。そして、雄ねじ軸121が支持部123によって水槽1の底部外面の好ましくは重心部分から下方へ回転不能に突出して固定され、雌ねじ体122が水槽上下動手段110の基底部111b内において回転可能に配置されている。しかし、所望により第1の実施形態の直線−回転変換機構4におけるのと逆の入出力関係とすることもできる。   In the illustrated embodiment, the linear-rotation conversion means 120 converts the vertical motion of the float 3 due to the buoyancy and mass of the float 3 in the first embodiment into rotational motion to extract torque, or from the rotational motion of the float. It is constituted by a mechanism similar to the linear-rotation conversion mechanism 4 for extracting torque. That is, the linear-rotation conversion means 120 is configured mainly with the male screw shaft 121 and the female screw body 122. Then, the male screw shaft 121 is fixed to the bottom outer surface of the water tank 1 by a support part 123 so as to protrude preferably non-rotatably downward from the center of gravity, and the female screw body 122 is rotatably arranged in the base part 111b of the water tank vertical movement means 110. Has been. However, if desired, the input / output relationship can be reversed to that in the linear-rotation conversion mechanism 4 of the first embodiment.

したがって、水槽1が上下動すると、雄ねじ軸121が水槽1と一緒に上下動するのに伴い雌ねじ体122が、上底部AとカバーCとの間に挟まれて実質的に上下動できないようになっているので、雄ねじ軸121の上下動に際に回転する。雌ねじ体122の回転は、水槽1の上昇時と下降時とで互いに逆方向になる。   Therefore, when the water tank 1 moves up and down, the female screw body 122 is sandwiched between the upper bottom portion A and the cover C so that the male screw shaft 121 moves up and down together with the water tank 1 so that it cannot substantially move up and down. Therefore, the male screw shaft 121 rotates when it moves up and down. The rotation of the female screw body 122 is opposite to each other when the water tank 1 is raised and lowered.

〔トルク利用手段130〕
トルク利用手段130は、水槽1の上下動が直線−回転変換手段120によって回転運動に変換されてトルクが取り出されるので、この取り出されたトルクによって作動する。トルクの利用の態様は、特段限定されない。例えば、取り出されたトルクで直接汲み上げポンプなどの機械を作動させることができる。また、第1の実施形態におけるのとは別設の発電機を駆動して発電することもできる。したがって、本実施形態において、トルク利用手段は特段限定されない。
[Torque utilization means 130]
Since the vertical movement of the water tank 1 is converted into a rotational motion by the linear-rotation conversion means 120 and the torque is taken out, the torque utilization means 130 is operated by the extracted torque. A mode of using the torque is not particularly limited. For example, a machine such as a pumping pump can be operated directly with the extracted torque. Moreover, it is also possible to generate power by driving a separate generator from that in the first embodiment. Therefore, in this embodiment, a torque utilization means is not specifically limited.

図示の実施形態において、トルク利用手段130は、第1のギア131、第2のギア132、回転方向切替部133、増速機134および汲み上げポンプ136を備えたポンプ装置Pからなる。   In the illustrated embodiment, the torque utilization means 130 includes a pump device P including a first gear 131, a second gear 132, a rotation direction switching unit 133, a speed increaser 134, and a pumping pump 136.

第1のギア131は、直線−回転変換手段120の雌ねじ体122の周囲に一体化されている。そして、第1のギア131の上下両面に一対のフランジ131aが当接しているとともに、図において上側のフランジ131aと上底部Aの下面の間および下側のフランジ131aとカバーCとの間に、それぞれ介在するように滑動手段131bが配設されている。また、雄ねじ軸121が降下するまでの間、雌ねじ体122は、滑動手段131bを介して上底部Aの下面に当接している。   The first gear 131 is integrated around the female screw body 122 of the linear-rotation conversion means 120. A pair of flanges 131a are in contact with the upper and lower surfaces of the first gear 131, and between the upper flange 131a and the lower surface of the upper bottom portion A and between the lower flange 131a and the cover C in the figure, Sliding means 131b is disposed so as to interpose each other. Further, until the male screw shaft 121 is lowered, the female screw body 122 is in contact with the lower surface of the upper bottom portion A via the sliding means 131b.

そうして、第1のギア131は、雄ねじ軸121が降下するときに、最初は雌ねじ体122が雄ねじ軸121に従動するので、上底部Aの下面から離れて軸方向に若干降下してカバーCの内面に当接して停止する。その結果、雌ねじ体122の軸移動が停止するので、雄ねじ軸121が引き続き降下すると、雌ねじ体122はカバーCの内面に当接しながら回転し、第1のギア131も一緒に回転する。これに対して、雄ねじ軸121が上昇するときに、最初は雌ねじ体122がカバーCの内面に当接している。雄ねじ軸121が上昇するときに、最初は雌ねじ体122も従動するので、雄ねじ軸121の軸方向に若干上昇するが、雌ねじ体122は、直ぐ上底部Aの下面に当接するので、停止する。その後は、雄ねじ軸121が引き続き上昇するが、雌ねじ体122は上底部Aの下面に当接した状態で回転する。雄ねじ軸121が上昇するときの雌ねじ体122の回転は、上述の降下時の回転とは逆である。したがって、第1のギア131の回転も逆になる。   Thus, when the male screw shaft 121 is lowered, the first gear 131 is initially moved by the female screw body 122 following the male screw shaft 121, so that the first gear 131 is slightly lowered in the axial direction away from the lower surface of the upper bottom A. Stops by contacting the inner surface of C. As a result, since the axial movement of the female screw body 122 stops, when the male screw shaft 121 continues to descend, the female screw body 122 rotates while contacting the inner surface of the cover C, and the first gear 131 also rotates together. On the other hand, when the male screw shaft 121 is raised, the female screw body 122 is initially in contact with the inner surface of the cover C. When the male screw shaft 121 rises, the female screw body 122 is also driven at the beginning, and therefore rises slightly in the axial direction of the male screw shaft 121. However, since the female screw body 122 immediately contacts the lower surface of the upper bottom portion A, it stops. Thereafter, the male screw shaft 121 continues to rise, but the female screw body 122 rotates in a state of being in contact with the lower surface of the upper bottom portion A. The rotation of the female screw body 122 when the male screw shaft 121 is raised is opposite to the rotation at the time of lowering. Accordingly, the rotation of the first gear 131 is also reversed.

第2のギア132は、後述する回転方向切替部133の駆動軸133aに固定的に装架されていて、かつ第1のギア131に噛合する。この状態において、第2のギア132は、第1のギア131の一対のフランジ131a、131aの間で挟まれている。このため、第2のギア132は、直線−回転変換手段120の雄ねじ軸121の降下および上昇に従動して、第1のギア131と一緒に軸方向に若干移動するとともに、回転する。   The second gear 132 is fixedly mounted on a drive shaft 133a of a rotation direction switching unit 133, which will be described later, and meshes with the first gear 131. In this state, the second gear 132 is sandwiched between the pair of flanges 131a and 131a of the first gear 131. For this reason, the second gear 132 is moved slightly in the axial direction together with the first gear 131 and rotated as the male screw shaft 121 of the linear-rotation conversion means 120 descends and rises.

回転方向切替部133は、駆動軸133a、コイルばね133b、一対の逆向きかさ歯車133c、133dおよび出力かさ歯車133eを備えている。駆動軸133aは、図7において一対の軸受133a1、133a2によって上下方向に変位可能で、かつ回転自在に支持されている。コイルばね133dは、なくてもよいが、水槽1が上昇する際に、その弾力によって駆動軸134aの上方への変位を補助するので、第2のギア132および第1のギア131の軸移動の際の負荷が軽減される。一対の逆向きかさ歯車133c、133dは、駆動軸133aに離間対向して固定的に装架されている。出力かさ歯車133eは、駆動軸133aの変位に応じて一対の逆向きかさ歯車133c、133dのいずれかに噛合する。   The rotation direction switching unit 133 includes a drive shaft 133a, a coil spring 133b, a pair of reverse bevel gears 133c and 133d, and an output bevel gear 133e. In FIG. 7, the drive shaft 133a can be displaced in the vertical direction by a pair of bearings 133a1 and 133a2, and is rotatably supported. The coil spring 133d may be omitted, but when the water tank 1 is lifted, the elastic force assists the upward displacement of the drive shaft 134a, so that the axial movement of the second gear 132 and the first gear 131 is prevented. The load at the time is reduced. The pair of reverse bevel gears 133c and 133d are fixedly mounted so as to face and separate from the drive shaft 133a. The output bevel gear 133e meshes with one of the pair of reverse bevel gears 133c and 133d according to the displacement of the drive shaft 133a.

増速機134は、入力軸134aを備え、出力かさ歯車133eが入力軸134aに固定的に装架されている。そして、図示を省略している出力軸から増速された回転を得ることができる。   The speed increaser 134 includes an input shaft 134a, and an output bevel gear 133e is fixedly mounted on the input shaft 134a. And the rotation accelerated from the output shaft which has abbreviate | omitted illustration can be obtained.

汲み上げポンプ135は、増速機135の出力により駆動されるポンプであり、吸水管135aおよび送水管135bを備えている。本実施形態において、汲み上げポンプ135の用途は特段限定されない。しかし、好ましい用途は、発電に使用された後に水槽1から排水された水を高所に揚水して、発電に再利用することである。また、この場合の揚水は、多様な目的に適合させることができ、例えば発電容量の大きな場合における一般的な送電系統のピーク負荷時の発電に適応させることも可能であるが、水槽1内のフロート3の回転による発電における水の使用量を低減する目的に用いることができる。   The pumping pump 135 is a pump driven by the output of the speed increaser 135, and includes a water suction pipe 135a and a water supply pipe 135b. In the present embodiment, the use of the pumping pump 135 is not particularly limited. However, a preferred application is to pump water drained from the water tank 1 after being used for power generation to a high place and reuse it for power generation. In addition, the pumping in this case can be adapted to various purposes, for example, it can be adapted to power generation at the peak load of a general power transmission system when the power generation capacity is large. It can be used for the purpose of reducing the amount of water used in power generation by the rotation of the float 3.

汲み上げポンプ135を揚水に利用する場合、後述するように吸水管135aを落差の低い集水部から吸水し、汲み上げポンプ135で加圧して送水管135bに送り出す。そして、送水管135bを経由して水力発電装置から見て高落差の位置に配設された集水部に揚水する。そうすれば、揚水された水を集水部からの高落差の水にして、発電に再利用することができる。   When the pumping pump 135 is used for pumping, as will be described later, the water suction pipe 135a is sucked from a water collecting portion having a low head, pressurized by the pumping pump 135, and sent to the water feeding pipe 135b. Then, the water is pumped up to the water collecting portion disposed at a high head position as seen from the hydroelectric generator via the water pipe 135b. Then, the pumped water can be turned into a high drop from the water collecting section and reused for power generation.

〔第2の実施形態における動作説明〕
第2の実施形態においては、水槽1内への給水による水位の上昇に伴いフロート3が水槽1内で上昇するときの回転と、排水による水位の低下に伴いフロート3が水槽1内で降下するときの回転と、を利用した第1の実施形態における既述のと同様な発電が行われるのに加えて、水槽1内の水量の増減が加わることによる水槽1全体の質量の増減に伴う水槽1の上下運動を利用してトルクを取り出し、これを利用するようにしている。以下、上記後者の発電について詳細に説明する。
[Description of Operation in Second Embodiment]
In 2nd Embodiment, float 3 falls in water tank 1 with the rotation when float 3 rises in water tank 1 with the rise of the water level by the water supply in water tank 1, and the water level fall by drainage In addition to the power generation similar to that already described in the first embodiment using the rotation of the time, the water tank accompanying the increase or decrease of the mass of the entire tank 1 due to the increase or decrease of the amount of water in the water tank 1 The torque is taken out by using the vertical movement of 1 and is used. Hereinafter, the latter power generation will be described in detail.

内部に貯留する水を含めた水槽1全体の質量が水槽1内への給水時には増大していくのに伴って、水槽上下動手段110によって水槽1が降下する。水槽1が降下を開始すると、直線−回転変換手段120の雄ねじ軸121が水槽1と一緒に降下するので、雄ねじ軸121に噛合している雌ねじ体122が前述のように最初若干下方へ軸移動してから反時計方向へ回転する。この回転により第1のギア132が雌ねじ体122と一緒に回転するので、第1のギア132に噛合する第2のギア133が従動して時計方向へ回転する。   As the mass of the entire water tank 1 including the water stored therein increases when water is supplied into the water tank 1, the water tank 1 is lowered by the water tank vertical movement means 110. When the water tank 1 starts to descend, the male threaded shaft 121 of the linear-rotation conversion means 120 descends together with the water tank 1, so that the female thread body 122 meshing with the male threaded shaft 121 is initially moved slightly downward as described above. Then rotate counterclockwise. By this rotation, the first gear 132 rotates together with the female screw body 122, so that the second gear 133 meshing with the first gear 132 is driven and rotated clockwise.

また、駆動軸133aは、第1のギア131の上記軸移動に従動する第2のギア132の軸移動に応じてコイルばね133bの弾力に抗して図9において下方へ軸移動している。このため、方向切替部133の出力かさ歯車133eは、図において上側のかさ歯車133cに噛合している。以上を要約すれば、水槽1の下降時において、かさ歯車133cの時計方向への回転に伴い出力かさ歯車133eも時計方向へ回転する。そして、増速機134がこの回転をさらに増速し、汲み上げポンプ135は、増速機134の増速された出力により作動する。   Further, the drive shaft 133a is axially moved downward in FIG. 9 against the elasticity of the coil spring 133b in accordance with the axial movement of the second gear 132 following the axial movement of the first gear 131. Therefore, the output bevel gear 133e of the direction switching unit 133 is meshed with the upper bevel gear 133c in the drawing. In summary, when the water tank 1 is lowered, the output bevel gear 133e also rotates clockwise as the bevel gear 133c rotates clockwise. The speed increaser 134 further increases the rotation speed, and the pumping pump 135 is operated by the increased output of the speed increaser 134.

次に、水槽1が排水を開始すると、水槽1全体の質量が低下していくのに伴って、水槽上下動手段110によって水槽1が上昇する。水槽1が上昇すると、直線−回転変換手段120の雄ねじ軸121が水槽1と一緒に上昇するので、雄ねじ軸121に噛合している雌ねじ体122が今度は最初に若干上昇して、上下動手段110の上底部Aの内面に滑動手段131bを介して当接した後に時計方向へ回転する。この回転により第1のギア132が時計方向へ回転し、第1のギア132に噛合する第2のギア133が従動して反時計方向へ回転する。   Next, when the water tank 1 starts draining, the water tank 1 is raised by the water tank vertical movement means 110 as the mass of the entire water tank 1 decreases. When the water tank 1 rises, the male screw shaft 121 of the linear-rotation conversion means 120 rises together with the water tank 1, so that the female screw body 122 meshing with the male screw shaft 121 first rises slightly, and the vertical movement means After contacting the inner surface of the upper bottom A of 110 via the sliding means 131b, it rotates clockwise. By this rotation, the first gear 132 rotates clockwise, and the second gear 133 meshing with the first gear 132 is driven to rotate counterclockwise.

一方、駆動軸133aは、その上昇開始時における第1のギア131の軸移動に従動する第2のギア132の軸移動によって、図9において上側へ軸移動しているから、出力かさ歯車133eが図において下側のかさ歯車113dに噛合している。このため、第2のギア132が上述のように反時計方向へ回転すると、出力かさ歯車133eは、水槽1の降下時と同じ時計方向へ回転する。したがって、増速機134は、水槽1の上下動の際には常に時計方向へ回転して増速作用を呈する。このため、汲み上げポンプ135は、水槽1の上下動、換言すれば水槽1内への給水時および排水時のいずれにおいても駆動される。   On the other hand, the drive shaft 133a is moved upward in FIG. 9 due to the axial movement of the second gear 132 following the axial movement of the first gear 131 at the start of its rise, so that the output bevel gear 133e is In the figure, it meshes with the lower bevel gear 113d. For this reason, when the second gear 132 rotates counterclockwise as described above, the output bevel gear 133e rotates in the same clockwise direction as when the water tank 1 is lowered. Therefore, the speed increaser 134 always rotates clockwise when the water tank 1 moves up and down, and exhibits a speed increasing action. For this reason, the pumping pump 135 is driven both when the water tank 1 moves up and down, in other words, when water is supplied into the water tank 1 and when it is drained.

[水力発電装置の第3の実施形態]
図11を参照して本発明の水力発電装置の第3の実施形態について説明する。なお、図9および図10に示す水力発電装置の第2の実施形態と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
[Third embodiment of the hydroelectric generator]
A third embodiment of the hydroelectric generator of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same part as 2nd Embodiment of the hydroelectric generator shown to FIG. 9 and FIG. 10, and description is abbreviate | omitted.

本実施形態は、水槽1の上下動から得られるトルクだけを取り出して発電する構成である。そして、第2の実施形態におけるのと同様な上下動手段110を具備するとともに、簡素化された水槽1と、第2の実施形態におけるのと逆関係の直線−回転変換手段120と、発電装置Gからなるトルク利用手段130とを具備している。   In the present embodiment, only the torque obtained from the vertical movement of the water tank 1 is extracted to generate power. And the vertical movement means 110 similar to that in the second embodiment is provided, the simplified water tank 1, the linear-rotation conversion means 120 having the inverse relation to that in the second embodiment, and the power generator Torque utilization means 130 made of G.

〔水槽1〕
水槽1は、図示を省略している吸排水手段2´を備えているとともに、その底部内面の中央から起立した有底中空筒体16を備えている。上記吸排水手段2は、図10に示す第2の実施形態における構造と同じである。上記有底中空筒体16内に形成される中空部は、水密関係を維持しながら水槽1の底面を貫通して外部に臨んでいる。なお、水密関係の維持には、後述する直線−回転変換手段120の雌ねじ体121が介在することが許容される。また、水槽1は、上述のように構造が簡単なので、所望により第1の実施形態に比較して深さ寸法を小さくすることができる。
(Water tank 1)
The water tank 1 is provided with a water intake / drainage means 2 '(not shown) and a bottomed hollow cylindrical body 16 standing from the center of the inner surface of the bottom. The water suction / drainage means 2 has the same structure as that of the second embodiment shown in FIG. The hollow portion formed in the bottomed hollow cylinder 16 passes through the bottom surface of the water tank 1 and faces the outside while maintaining a watertight relationship. In order to maintain the watertight relationship, it is allowed to interpose a female screw body 121 of the linear-rotation conversion means 120 described later. Moreover, since the structure of the water tank 1 is simple as described above, the depth dimension can be reduced as compared with the first embodiment if desired.

〔水槽上下動手段110〕
水槽上下動手段110は、第2の実施形態と同様な構成である。
[Water tank vertical movement means 110]
The water tank vertical movement means 110 has the same configuration as that of the second embodiment.

〔直線−回転変換手段120〕
直線−回転変換手段120は、雌ねじ体122が水槽1に固定されるとともに、雄ねじ軸121が水槽上下動手段110に回転自在に軸止される逆の関係である点を除いて図9および図10に示す第2の実施形態におけるのと略同様である。すなわち、雌ねじ体122は、水槽1の底部中心部において、有底中空体16の開口端を塞ぐように同軸関係に配設されている。雄ねじ軸121は、水槽上下動手段110の基底部111bの上底部Aに配設された軸受124に回転可能に軸止されていて、水槽1の上下動の際に雌ねじ体122が上下動するとこれに従動して回転する。そして、雌ねじ体122から上側に突出した部分の雄ねじ軸121が有底中空体16の内部に進入する。したがって、有底中空体16の内部の奥行寸法は、水槽1の上下動の最大距離に対応する距離だけねじ軸121が、その先端から中空部12a内部へ進入できるように決められる。このため、水槽1が上下動すると、雌ねじ体122が水槽1と一緒に雄ねじ軸121の軸方向に沿って移動するのに伴い雄ねじ軸121が上下方向の位置を変えないで回転する。雄ねじ軸121の回転は、水槽1の上昇時と下降時とで互いに逆方向になる。
[Linear-rotation conversion means 120]
The linear-rotation conversion means 120 is shown in FIGS. 9 and 9 except that the female screw body 122 is fixed to the water tank 1 and the male screw shaft 121 is in a reverse relationship in which it is rotatably supported by the water tank vertical movement means 110. This is substantially the same as in the second embodiment shown in FIG. That is, the female screw body 122 is arranged in a coaxial relationship at the center of the bottom of the water tank 1 so as to close the open end of the bottomed hollow body 16. The male screw shaft 121 is rotatably supported by a bearing 124 disposed on the upper bottom A of the base 111b of the water tank vertical movement means 110, and when the female screw body 122 moves up and down when the water tank 1 moves up and down. It rotates following this. Then, the portion of the male screw shaft 121 protruding upward from the female screw body 122 enters the inside of the bottomed hollow body 16. Therefore, the depth dimension inside the bottomed hollow body 16 is determined so that the screw shaft 121 can enter the hollow portion 12a from the tip thereof by a distance corresponding to the maximum vertical movement distance of the water tank 1. For this reason, when the water tank 1 moves up and down, the male screw shaft 121 rotates without changing its position in the vertical direction as the female screw body 122 moves along the axial direction of the male screw shaft 121 together with the water tank 1. The rotation of the male screw shaft 121 is in the opposite direction when the water tank 1 is raised and lowered.

〔トルク利用手段130〕
トルク利用手段130は、回転軸136、第1のギア131´、回転方向切替部133および発電機135を備えていて、全体として発電装置Gを構成している点で第2の実施形態と異なる。
[Torque utilization means 130]
The torque utilization means 130 includes a rotation shaft 136, a first gear 131 ′, a rotation direction switching unit 133, and a generator 135, and differs from the second embodiment in that the power generation apparatus G is configured as a whole. .

回転軸136は、直線−回転変換手段120の雄ねじ軸121と一体化していて、その下端が軸受136aに回転自在に軸止されている。第1のギア131´は、回転軸136に固定的に装架されていて、歯幅が相対的に大きくなっている。第2のギア133は、後述する回転方向切替部134の駆動軸131に固定して装架されているとともに、歯合する第1のギア131´の歯幅が広いので、駆動軸133aが後述するように軸方向に変位したときであっても常に第1のギア132に噛合している。   The rotation shaft 136 is integrated with the male screw shaft 121 of the linear-rotation conversion means 120, and the lower end thereof is rotatably supported by the bearing 136a. The first gear 131 ′ is fixedly mounted on the rotary shaft 136 and has a relatively large tooth width. The second gear 133 is fixedly mounted on a drive shaft 131 of a rotation direction switching unit 134, which will be described later, and the tooth width of the first gear 131 ′ to be engaged is wide, so that the drive shaft 133a is described later. Thus, even when displaced in the axial direction, the first gear 132 is always engaged.

回転方向切替部133は、駆動軸133a、コイルばね133b、一対の逆向きかさ歯車133c、133d、出力かさ歯車133e、エアポンプ133fおよび油圧ポンプ133gを備えている。駆動軸133aは、一対の軸受134a1、134a2によって軸方向に変位可能で、かつ回転自在に支持されている。エアポンプ133bは、水槽1の降下に連動して駆動軸133aを押し下げる。このとき、油圧ポンプ134cは、ショックアブゾーバーとして作用する。コイルばね133bは、水槽1が上昇する際に、エアポンプ134bおよび油圧ポンプ134cによる押し下げ力が消失すると、自身の弾力によって駆動軸134aを上方へ変位させる。一対の逆向きかさ歯車133c、133dおよび出力かさ歯車133eは、第2の実施形態におけるのと同様である。   The rotation direction switching unit 133 includes a drive shaft 133a, a coil spring 133b, a pair of reverse bevel gears 133c and 133d, an output bevel gear 133e, an air pump 133f, and a hydraulic pump 133g. The drive shaft 133a is axially displaceable and rotatably supported by a pair of bearings 134a1 and 134a2. The air pump 133b pushes down the drive shaft 133a in conjunction with the descent of the water tank 1. At this time, the hydraulic pump 134c acts as a shock absorber. The coil spring 133b displaces the drive shaft 134a upward by its own elasticity when the pushing force by the air pump 134b and the hydraulic pump 134c disappears when the water tank 1 is raised. The pair of reverse bevel gears 133c and 133d and the output bevel gear 133e are the same as those in the second embodiment.

増速機134および発電機135は、基台137の上に配置されている。発電機135は、増速機134の出力により駆動されて、発電する。   The speed increaser 134 and the generator 135 are disposed on a base 137. The generator 135 is driven by the output of the speed increaser 134 to generate power.

[水力発電装置の第4の実施形態]
図12を参照して本発明の水力発電装置の第4の実施形態について説明する。
[Fourth Embodiment of Hydroelectric Generator]
A fourth embodiment of the hydroelectric generator of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態は、第1の実施形態の構成に加えて、フロート3の上昇および下降動作の所定区間において発電しないように制御する発電制御手段GCを具備している。図1に示す第1の実施形態においては、フロート3の上昇および下降動作の全区間において発電することができる。しかしながら、全区間における発電に止まらずフロート3の上昇および下降動作の一部の区間において発電をしない態様であっても、本発明の本質は何ら変化していないことが既述の説明から明瞭である。そこで、本実施形態においては、例えばフロート3の上昇動作の区間またはフロート3の下降動作の区間などの所望の一部区間において発電しないように発電制御手段GCによって制御するとともに、残余の区間においては発電する構成を採用している。   In addition to the configuration of the first embodiment, the present embodiment includes power generation control means GC that performs control so as not to generate power in a predetermined section of the ascending and descending operations of the float 3. In the first embodiment shown in FIG. 1, power can be generated in all sections of the lift 3 ascending and descending operations. However, it is clear from the above description that the essence of the present invention has not changed even in a mode in which power generation is not limited to all sections and power generation is not performed in some sections of the lift 3 lowering and lowering operations. is there. Therefore, in the present embodiment, for example, the power generation control means GC controls the power generation control means GC so as not to generate power in a desired partial section such as the float 3 ascending operation section or the float 3 descending operation section. The power generation configuration is adopted.

〔発電制御手段GC〕
発電制御手段GCは、フロート3の上昇および下降動作の所定区間において発電しないように制御する手段であればよく、そのための具体的な構成については特段限定されない。発明の理解を容易にするために、発電制御手段GCの具体的な構成を例示すれば以下のとおりであり、この例示から明らかなように多様な構成を採用することが可能であることを理解できる。
(1)上記所定区間において、直線−回転変換機構4を無能化させて、フロート3が自由に上昇または下降できるように構成する。すなわち、直線−回転変換機構4を無能化させることにより、フロート3が上昇または下降しても直線−回転変換機構4がトルクを発生しないので、発電機6が駆動されなくなる。
(2)上記所定区間において、直線−回転変換機構4と発電機6の間のトルク伝達を停止させるように構成する。すなわち、フロート3が上昇または下降するのに伴って直線−回転変換機構4がトルクを発生するが、このトルクは発電機6に到達しないので、発電機6が駆動されなくなる。後述する図示の実施形態は、本構成の一例である。
(3)上記所定区間において、発電機6を無負荷運転させるように構成する。すなわち、発電機6を負荷回路から開放させる。これにより、負荷回路から見ると、水力発電装置が発電しなくなる。
[Power generation control means GC]
The power generation control means GC may be any means that controls so as not to generate power in a predetermined section of the lifting and lowering operations of the float 3, and the specific configuration for this is not particularly limited. In order to facilitate understanding of the invention, a specific configuration of the power generation control means GC is exemplified as follows, and it is understood that various configurations can be adopted as is apparent from this illustration. it can.
(1) In the predetermined section, the linear-rotation conversion mechanism 4 is disabled so that the float 3 can freely rise or fall. That is, by disabling the linear-rotation conversion mechanism 4, the generator 6 is not driven because the linear-rotation conversion mechanism 4 does not generate torque even when the float 3 is raised or lowered.
(2) The torque transmission between the linear-rotation conversion mechanism 4 and the generator 6 is stopped in the predetermined section. That is, as the float 3 moves up or down, the linear-rotation conversion mechanism 4 generates torque, but since this torque does not reach the generator 6, the generator 6 is not driven. The illustrated embodiment described below is an example of this configuration.
(3) In the predetermined section, the generator 6 is configured to perform no-load operation. That is, the generator 6 is released from the load circuit. As a result, when viewed from the load circuit, the hydroelectric generator does not generate power.

図12に示す実施形態において、発電制御手段GCは、回転方向切替部52のスラスタ52dの一機能として内蔵されている。すなわち、スラスタ52dは、発電制御手段GCを内蔵することにより、スラスト軸52aを一対のかさ歯車52b、52cの従動かさ歯車52fに対する噛合の切り替えに加えて、従動かさ歯車52fに噛合しない位置にも選択的に切り替えできるように構成されている。発電制御手段GCが機能するようにスラスタ52dを切り替えることにより、直線−回転変換機構4から歯車51bおよび51cを経由してスラスト軸52aに伝達されたトルクは、従動かさ歯車52fに伝達されなくなる。その結果、発電機6は駆動されない。   In the embodiment shown in FIG. 12, the power generation control means GC is incorporated as a function of the thruster 52d of the rotation direction switching unit 52. That is, the thruster 52d incorporates the power generation control means GC so that the thrust shaft 52a can be switched to the position where the pair of bevel gears 52b and 52c are not meshed with the driven gear 52f in addition to the switching of the meshing with the driven gear 52f. It is configured so that it can be selectively switched. By switching the thruster 52d so that the power generation control means GC functions, the torque transmitted from the linear-rotation conversion mechanism 4 to the thrust shaft 52a via the gears 51b and 51c is not transmitted to the driven gear 52f. As a result, the generator 6 is not driven.

したがって、フロート3の上昇および下降時の所望区間において、発電は行われない。なお、発電制御手段GCをフロート3の動きに連動して作動させるためには、例えば図示を省略しているセンサなどの検出手段によりフロート3の移動方向および位置を検出して、フロート3の移動方向および位置が所定区間に到達したことを判定したときに、発電制御手段GCを上述のように動作させて、発電しないようにすることができる。   Therefore, power generation is not performed in a desired section when the float 3 is rising and falling. In order to operate the power generation control means GC in conjunction with the movement of the float 3, for example, the movement direction and position of the float 3 is detected by a detection means such as a sensor (not shown) to move the float 3. When it is determined that the direction and position have reached a predetermined section, the power generation control means GC can be operated as described above to prevent power generation.

次に、前記所定区間がフロート3の上昇時である第1の態様と、同じく下降時である第2の態様とにおける水力発電装置のその他の構成および効果について説明する。   Next, other configurations and effects of the hydroelectric generator in the first mode in which the predetermined section is when the float 3 is raised and the second mode in which the predetermined section is also lowered will be described.

〔第1の態様における構成および効果〕
給排水手段2は、水槽1内への単位時間当たりの給水量(給水速度)を多く(高く)して水槽1内の水位上昇を早めることができる。給水速度を高めると、水槽1内の水の動きが乱れやすくなり、フロート3が比較的小型で、その接水面積が小さい場合には影響を受けやすくなる。その結果、フロート3が上昇時に揺れて直線−回転変換機構4が円滑な変換動作を行わなくなったり、直線−回転変換機構4の耐久性が低下したりする虞がある。なお、フロート3が大きい場合には、その質量が大きくなるために、水槽1内の水の動きが乱れてもその影響を受けにくくなる。
[Configuration and Effect in the First Aspect]
The water supply / drainage means 2 can increase (increase) the amount of water supplied per unit time (water supply speed) into the water tank 1 to speed up the water level in the water tank 1. When the water supply speed is increased, the movement of water in the water tank 1 is likely to be disturbed, and when the float 3 is relatively small and its water contact area is small, it is easily affected. As a result, when the float 3 is lifted, the linear-rotation conversion mechanism 4 may not perform a smooth conversion operation or the durability of the linear-rotation conversion mechanism 4 may be reduced. Note that when the float 3 is large, its mass increases, so that even if the movement of water in the water tank 1 is disturbed, it is less likely to be affected.

これに対して、第1の態様においては、フロート3の上昇時に直線−回転変換機構4に発電による負荷が作用しなくなり、したがってフロート3がフリーになるので、上述した不都合が生じにくくなる。   On the other hand, in the first embodiment, when the float 3 is raised, the load due to power generation does not act on the linear-rotation conversion mechanism 4, and therefore the float 3 becomes free, so that the above-described inconvenience hardly occurs.

フロート3は、その下降時にその質量によって発電に利用するトルクを発生させるので、たとえフロート3が比較的小型であったとしても、大きなトルクを得るためには、質量をなるべく大きく設定するのが好ましい。なお、フロート3の質量は、フロート3が水に浮く範囲内で大きく設定することが可能である。   Since the float 3 generates torque to be used for power generation due to its mass when descending, it is preferable to set the mass as large as possible in order to obtain a large torque even if the float 3 is relatively small. . The mass of the float 3 can be set large within a range where the float 3 floats on water.

第1の態様によれば、フロート3の上昇時に給水に伴って水の動きの乱れが発生したとしても、その区間では発電しないので、フロート3、直線−回転変換機構4および発電機6に対する影響は実用上問題を生じにくいから、フロート3および水槽1を小型化してコンパクトな小電力用の水力発電装置を提供することができる。   According to the first aspect, even if a disturbance in the movement of water occurs due to water supply when the float 3 rises, power generation is not performed in that section, so the influence on the float 3, the linear-rotation conversion mechanism 4 and the generator 6 Is less likely to cause problems in practice, and the float 3 and the water tank 1 can be downsized to provide a compact hydroelectric generator for small power.

〔第2の態様における構成および効果〕
第2の態様においては、水槽1内の水位の上昇時に水面に浮かぶフロート3を経由して発電に利用するトルクを発生させ、下降時には発電しない。したがって、発電時に大きなトルクを得るためには、フロート3の質量は殆ど影響することなしに、フロート3に作用する水の浮力が大きいのであればよい。このため、フロート3は、軽量であってもよく、その接水面積さえ大きく設定されていれば、水位の上昇時に水の大きな浮力をトルクに変換することができる。なお、フロート3の質量は、フロート3が自重によって降下時できる程度にあればよい。
[Configuration and Effect in Second Aspect]
In the second mode, torque used for power generation is generated via the float 3 floating on the water surface when the water level in the water tank 1 rises, and no power is generated when the water level is lowered. Therefore, in order to obtain a large torque at the time of power generation, the mass of the float 3 is hardly affected and it is sufficient that the buoyancy of water acting on the float 3 is large. For this reason, the float 3 may be lightweight, and if the water contact area is set large, the large buoyancy of water can be converted into torque when the water level rises. The mass of the float 3 may be such that the float 3 can be lowered by its own weight.

第2の態様によれば、フロート3の質量を小さくすることが可能であるから、軽量で移動が容易な水力発電装置を提供することができる。   According to the second aspect, since the mass of the float 3 can be reduced, it is possible to provide a lightweight and easily movable hydroelectric generator.

[水力発電装置の設置例]
図12を参照して本発明の水力発電装置の第2の設置例について以下説明する。本例においては、既述の水力発電装置の第1ないし第3のいずれか所望の対WG1およびWG2を、その水路を縦列接続した基本配置を備えている。なお、所望により基本配置の複数をさらに並列および/または直列に接続することができる。
[Example of installation of hydroelectric generator]
A second installation example of the hydroelectric generator of the present invention will be described below with reference to FIG. In this example, a basic arrangement in which the desired pairs WG1 and WG2 of any of the first to third hydroelectric generators described above are connected in cascade is provided. If desired, a plurality of basic arrangements can be further connected in parallel and / or in series.

すなわち、図12において、高落差点に位置する第1の集水部8Aにおいて発電に使用する水量を確保し、第1の集水部8Aから所要落差(あるいは水圧)が得られる位置に第1の水力発電装置WG1を配設し、その給水管21a1を集水部8Aに水路を介して接続する。また、第1の水力発電装置WG1の排水管22a1から所要落差(あるいは水圧)を得る位置に第2の水力発電装置WG2を配設し、その給水管21a2を第1の水力発電装置WG1の排水管22a1に水路を介して接続している。さらに、第2の水力発電装置WG2の配水管22a2から流出する排水を第2の集水部8Bに放流する。そして、第2の集水部8Bの少なくとも一部をポンプ9および揚水管10を介して第1の集水部8へ揚水するように構成されている。   That is, in FIG. 12, the amount of water used for power generation is secured in the first water collecting portion 8A located at the high head point, and the first head is at a position where the required head (or water pressure) is obtained from the first water collecting portion 8A. The hydroelectric generator WG1 is arranged, and the water supply pipe 21a1 is connected to the water collecting section 8A through a water channel. Further, a second hydraulic power generation device WG2 is disposed at a position where a required head (or water pressure) is obtained from the drain pipe 22a1 of the first hydroelectric power generation device WG1, and the water supply pipe 21a2 is drained from the first hydraulic power generation device WG1. It is connected to the pipe 22a1 through a water channel. Furthermore, the waste water flowing out from the water distribution pipe 22a2 of the second hydroelectric generator WG2 is discharged to the second water collecting section 8B. Then, at least a part of the second water collecting unit 8B is configured to pump water to the first water collecting unit 8 via the pump 9 and the pumping pipe 10.

本設置例によれば、第2の水力発電装置の排水工程における排水をいったん第2の集水部8Bに溜め、この集水部8Bに溜まった水をポンプPで高落差点の第1の集水部8Aへ揚水するので、排水第2の水力発電装置の排水工程ではない時間帯であっても揚水が可能になる。そのため、比較的小容量のポンプPであっても所要量の揚水が可能になる。また、第2の実施形態の水力発電装置が具備しているポンプ装置Pを用いることにより、電力を消費することなしに揚水することができる。さらに、所望により第2の実施形態の水力発電装置において、水槽1の上下運動を利用して作動するトルク利用手段130のポンプ装置Pを発電装置Gに代えるとともに、本設置例における揚水用のポンプPを集水部またはその近傍に配設して、上記発電装置Gで発生した電力を使用して上記ポンプPを駆動することができる。これによりポンプPに対する配管が簡素化したり、ポンプの配設位置に対する自由度が向上したりする。   According to this installation example, the drainage in the drainage process of the second hydroelectric generator is once stored in the second water collecting section 8B, and the water collected in the water collecting section 8B is first pumped to the first high drop point. Since the water collecting unit 8A is pumped, pumping is possible even during a time zone that is not the drainage process of the drainage second hydroelectric generator. Therefore, even with a relatively small capacity pump P, the required amount of water can be pumped. Further, by using the pump device P provided in the hydroelectric generator of the second embodiment, water can be pumped without consuming electric power. Furthermore, in the hydroelectric generator of the second embodiment, if desired, the pump device P of the torque utilization means 130 that operates using the vertical movement of the water tank 1 is replaced with the power generator G, and the pump for pumping water in this installation example The pump P can be driven using the electric power generated by the power generator G by arranging P in the water collecting section or in the vicinity thereof. This simplifies the piping for the pump P and improves the degree of freedom with respect to the position of the pump.

1…水槽、11…上蓋、11a…開口、2…給排水手段、21…給水口、21a…給水管、22…排水口、22a…排水管、3…フロート、31、32…フィン、4…直線−回転変換機構、41…リードねじ部、41a…リードねじ溝、42…リードナット部、42a…雌ねじ溝、5…トルク取り出し機構、51…トルク取り出し部、51a…スプライン溝、51b…歯車、51c…歯車、52…回転方向切替部、52a…スラスト軸、52b…かさ歯車、52c…かさ歯車、52d…スラスタ、52e…従動軸(入力軸)、52f…従動かさ歯車、53…増速器、53a…出力軸、6…発電機、7…基盤部、8A…第1の集水部、8B…第2の集水部、GU…発電ユニット、WG…水力発電装置   1 ... Water tank, 11 ... Top lid, 11a ... Opening, 2 ... Water supply / drainage means, 21 ... Water supply port, 21a ... Water supply pipe, 22 ... Drain port, 22a ... Drain pipe, 3 ... Float, 31, 32 ... Fin, 4 ... Line -Rotation conversion mechanism, 41 ... lead screw portion, 41a ... lead screw groove, 42 ... lead nut portion, 42a ... female screw groove, 5 ... torque take-out mechanism, 51 ... torque take-out portion, 51a ... spline groove, 51b ... gear, 51c ... gear, 52 ... rotation direction switching part, 52a ... thrust shaft, 52b ... bevel gear, 52c ... bevel gear, 52d ... thruster, 52e ... driven shaft (input shaft), 52f ... driven gear, 53 ... speed increaser, 53a ... Output shaft, 6 ... Generator, 7 ... Base part, 8A ... First water collecting part, 8B ... Second water collecting part, GU ... Power generation unit, WG ... Hydraulic power generator

Claims (5)

内部にフロートを配置した水槽内に給水してフロートを水面上に浮上させるとともに水面を上限高さまで上昇させ、次に水槽内を排水してフロートを下限高さまで下降させる第1の工程と;
フロートの上昇および下降の際に水のエネルギーによってフロートを回転させる第2の工程と;
フロートの回転により生じたトルクを伝導して発電機を駆動して発電する第3の工程と;
を具備していることを特徴とする水力発電方法。
A first step of supplying water into a water tank in which a float is disposed to float the float above the water surface, raising the water surface to the upper limit height, and then draining the water tank to lower the float to the lower limit height;
A second step of rotating the float with water energy as the float is raised and lowered;
A third step of generating power by driving a generator by transmitting torque generated by rotation of the float;
A hydroelectric power generation method comprising:
給水および排水が可能な水槽と;
水槽内の水面に浮上し、水槽内への給水および排水に伴う水面の上下動に従動して上下動するフロートと;
フロートの上下動の際にフロートを回転させる直線−回転変換機構と;
フロートに生じたトルクを外部に取り出すトルク取出し機構と;
外部に取り出したトルクにより駆動されて発電する発電機と;
を具備していることを特徴とする水力発電装置。
A water tank capable of supplying and draining water;
A float that floats on the surface of the water in the aquarium and moves up and down following the up and down movement of the water accompanying the supply and drainage of water into the aquarium;
A linear-rotation conversion mechanism for rotating the float when the float moves up and down;
A torque extraction mechanism for extracting the torque generated in the float to the outside;
A generator that generates power by being driven by externally extracted torque;
A hydroelectric power generator comprising:
給水および排水が可能な水槽と;
水槽内への給水および排水によって水槽内部に回転水流を生じさせる給排水手段と;
水槽内の水面に浮上し、回転水流に従動して回転するとともに水面の上下動に従動して上下動するフロートと;
フロートに生じたトルクを外部に取り出すトルク取出し機構と;
外部に取り出したトルクにより駆動されて発電する発電機と;
を具備していることを特徴とする水力発電装置。
A water tank capable of supplying and draining water;
Water supply / drainage means for generating a rotating water flow in the water tank by water supply and drainage into the water tank;
A float that floats on the surface of the water in the aquarium, rotates following the rotating water flow, and moves up and down following the vertical movement of the water surface;
A torque extraction mechanism for extracting the torque generated in the float to the outside;
A generator that generates power by being driven by externally extracted torque;
A hydroelectric power generator comprising:
水槽内への給水および排水に伴う水槽の質量変化に応じて水槽を上下運動させる水槽上下動手段と;
水槽の上下運動を回転運動に変換してトルクを取り出す直線−回転変換手段と;
直線−回転変換手段によって取り出されたトルクを利用するトルク利用手段と;
を具備していることを特徴とする請求項2または3記載の水力発電装置。
Water tank up-and-down moving means for moving the water tank up and down according to the mass change of the water tank accompanying water supply and drainage into the tank
A linear-rotation conversion means for converting the vertical movement of the aquarium into a rotational movement to extract torque;
Torque utilization means for utilizing the torque extracted by the linear-rotation conversion means;
The hydroelectric power generator according to claim 2 or 3, characterized by comprising:
フロートの上昇および下降動作の所定区間において発電しないように制御する発電制御手段を具備していることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか一記載の水力発電装置。   The hydroelectric generator according to any one of claims 2 to 4, further comprising power generation control means for controlling power generation so as not to be generated in a predetermined section of the float rising and lowering operations.
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