JPS61501730A - 水気式水力機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 水気式水力機関 発明の技術分野 本発明は水気式水力機関に係り、さらに詳しくは常にゆっくりと動いている大量 の水によって作動され減圧式の圧力液層の二重に作用するピストンポンプとして 設計された作業シリンダが公知の二相水気式アキュムレータにおいてこの圧力液 を予め調節した高圧にし、この圧力液体のエネルギが公知のタープ機関の膨張室 内で機械的な仕事に変換され、ない−しは接続された発電党内で電気エネルギに 変換される水気式水力機関に関するものである。

従来技術の説明 水力機関は何千年も前から知られており、この水力機関によって流れる地表水あ るいは高所から落下する地表水のエネルギが種々の作業機械、特に製粉機や水揚 機等を駆動するのに使用される。さらに海の動き、すなわち潮の干満によって作 用する周期的な水位の変動あるいは大洋の絶えざる波の動きの運動エネルギを利 用できるようにする装置及び設備も知られている。

外車を用いて駆動される水車は今日でもなお多くの場所で使用されてはいるが、 この種の技術的方法はだんだんに古い時代の古くなった技術の記念物及び遺物と してしか見られなくなって来ている。

公知のタイプの同時代の水力機関は、種々の仕様の水タービンを具体化したもの である。しかしタービンを駆動するためには高い圧力ないしはそれに応じて高い 流水速度が必要である。たとえば水力発電所が知られておシ、ここでは落下高さ 、すなわち上流側と下流側の水位の差は２００ｍ以上になる。必要な高さないし は十分な給水貯蔵量を達成するために、ダムが建設され、大きな建設企画として 谷がせき止められることもまれではない。それによって少なくとも技ｍｌ的には 十分に良好な結果が保証される。

しかしこの種の建設企画は一般に投資コスト消費が極めて高くかつ今日ではすで によく知られ、しばしば実際に破局的に環境を破壊する作用があるという欠点が 示されている。

本発明の課題は、現代の要請に対応する形でゆっくり動く大量の水のエネルギを 利用可能にする水力機関を提供することである。

本発明の説明 設定されたこの課題は、冒頭で述べた種類の水気式水力機関によって解決され、 ここでは表面水の適当に選択された場所の相当に補強された水底に固定された層 内に、本発明によればそれぞれ水底近傍に形成され遮断機構を用いて制御可能に 閉鎖できる十分に大きな横断面を備えた通過開口部を介して上流側にも下流側に も連通可能で、大体垂直な少なくとも１つの内側縦坑が設けられている。この縦 坑内ちるいは各縦坑内では十分に重い寸法にされた浮遊体が垂直の縦坑方向に自 由に移動可能に案内されている。この浮遊体は好ましくは縦方向に調整可能なロ ッドを介して液体ポンプと、好ましくは水生式の圧力供給装置の液体室に作用し 液圧式の圧力液体用の二重に作用するピストンポンプとして設計された作業シリ ンダのピストンと結合されて、両行程方向において力及び運動を伝達する。（圧 力供給装置には一般に圧力液体水位針の上方に常にこの圧力液体水位計に関係し て圧縮された空気が含まれている。）この水気式圧力供給装置の液体室はさらに 送シ出し管を介して液圧式の圧力液体を膨張させて作業を行わせるために、公知 の水力機関、好ましくはタービンあるいはハイドロエンジンの膨張室と結合され ている。

本発明に基づく水力機関の駆動を制御するために成る装置が用いられており、こ の装置は少なくとも上流の状態及び下流の状態を感知する水位センナを含んでい て、かつ堰の内側に存在する水位の高さに関係して遮断機構を制御する。

本発明に基づく水力機関の好ましい実施例にあっては、液圧式の圧力液体用に閉 鎖された循環が設定されている。この場合に二重に作用するピストンポンプとし て設計された作業シリンダを、膨張した圧力液体を収集するために、吸入側で吸 入管を介して、ターが機械の膨張室に付属する貯蔵槽と結合させることができる 。

本発明に基づく水力機関は、ゆりくシと動いている、ないしはゆりくりした運動 をしている大量の水のエネルギを機械的な作業に（適当なトルクを有する作業軸 の回動運動に）変換することができる。すでに述べたようにタービンでもハイド ロエンジンでもいいが、ターが機械の駆動が電気エネルギを発生させるための発 電機と接続させている場合には、特に有利であることが明らかになっている。

液圧式の圧力液体としては、公知の油圧オイルあるいは水も使用することができ 、この水は適当な添加物を付加することによって十分に潤滑可能となシ、かつ発 泡を阻止される。この場合にはもちろん腐食損傷を阻止するように配慮しなけれ ばならない。

本発明に基づく新しい水力機関の上に述べた本質的な特徴からすでに明らかなよ うに、この水力機関は上流と下流の水位差が１〜２メートルとわずかであっても すでに十分に駆動可能であって、作業を伝達するのに用いられる液圧式の圧力液 体の圧力は何の困難もなしに６〜１０　ｋｐ〆一の間にちる一定の値にされるが 、この値は水力機関ではすでに概念的なものであるということができる。

さらに本発明に基づく解決法から、良好に潤滑が可能であって摩耗の原因となる 汚染から完全に自由な油圧式の圧力液体を用いて、電流を発生する発電機を駆動 するためのハイドロエンジンも直接駆動することができ、この場合にこの種のハ イドロエンジンの効率はタービンの効率を何倍も上回ることが知られている。

本発明の特に好ましい使用方法は、第一に次に示すような特徴に帰することがで きる。

本発明に基づく水力機関は、せき止め値が地表水特に河川の高木の水面高さより 下にある場合に駆動することができる。それに従って、特殊な保護堤システムの 建設を放棄することができ、それに伴って河川の自然に制約された所与の環境に は手を触れずに済む。したがって環境破壊の危険はない。

本発明は、わずかな勾配で大量の水を運ぶ河川のエネルギを十分に利用し、かつ 利用可能にすることができる。同様に、干満の水面差が１〜２雇しかないわずか な周期的な波の状態の運動エネルギをエネルギ獲得に利用することも十分に可能 である。

本発明に基づく水力機関は、水位が交互に交替する場合、すなわち建設された堰 の両側で上流側と下流側か絶えず交替する場合にも駆動することができる。これ によって周期的な海の動き、すなわち満潮と干潮の間における海水の水面の周期 的な変動の本質的に新しい利用可能性が開かれる。

本発明に基づく水力機関を技術的に実現するためには、新たなあるいは目的に合 わせて特別に開発すべき材料及び／あるいはテクノロジーは不要である。

構成部材全体と構造群は、すでに何十年も前から広い範囲で工業的に製造されか つ試験済みの要素から組み立てることができる。

そして、本発明に基づく水力機関及びこの種の機関をユニットとしであるいは構 造群として含むエネルギ発生システムは、−特にせき止め高さの要請がわずかし かない結果として−わずかな投資コスト消費でかつリスクなしで建設することが できる。

図面の簡単な説明 本発明の実体並びに本発明に基づく水力機関の機能方法と他の特徴を添付図面を 参照して一つの実施例を用いて以下で詳細に説明する。

図面において、 第１図は、本発明に基づく水力機関の一実施例の極めて簡略化した機能及びブロ ック回路図、第２図は、本発明に基づき並列に配置された多数の縦坑と浮遊体と がその中に設けられている堰の概略一部上面図である。

発明の詳細な説明 第１図に非常に簡略化した断面図で示すものは本発明に基づく水力機関の配置の 一例である。地表水、たとえば河川のある適当に設けられた場所の十分に補強さ れた水底３３内に堰が固定されておシ、この欄内に本発明によれば少なくとも１ つのほぼ垂直の内側の縦坑１が設けられている。第２図の要約された上面図には 、欄内にこの種の縦坑１を多数並べて形成することができることが示されておシ 、それによって本発明に基づく水力機関から完全な設備を組み立てることができ る。堰自体は、せき止め場所で川幅いっばいに接して並べたプレハブの縦坑エレ メントから構成することができる。縦坑１内では、十分に重い浮遊体４がローラ ２９によって垂直方向に自由に移動できるように導かれている。水底近傍におい て縦坑１の内部空間はそれぞれ遮断機構２，３を用いて制御可能に閉鎖できる通 過開口部を介して上流側でも下流側でも周囲の水量と連通可能である。

浮遊体４は、調整シリンダ６と歯車ボン７’２７゜２８によって縦方向に調節可 能なロッドを介して、液圧式の圧力液体１０用の二重に作用するピストンポンプ として設計され圧力側で液圧式の圧力供給装置１３の液体室に作用する作業シリ ンダ８と結合されて両方向に力及び運動を伝達する。浮遊体４とピストン９の間 のロッドには、締め付けずに運動を伝達するための２個の玉継手５４と５乃も含 まれている。支持脚３２上に立っている圧力供給装置の液体室は一方では圧力調 整弁１２を含むポンプ管１１を介して作業シリンダ９の両シリンダ空間と結合さ れ他方では排出弁１４とそれに連続している送出し管１８を介してターが機械の 膨張室１９と結合されておシ、このターボ機械はここではタービン２ｏの羽根車 によって具徴化されている。この圧力供給装置１３は公知の圧力タンクであって 、この圧力タンクはそれぞれ支配的な液体レベル計の上方にそれぞれの液面高さ に関係した圧力によって圧縮された圧縮空気を含んでおシ、かつ下方には排出と 充填及び洗浄のための吐出し弁３ｏが設けられ、上方には圧力表示器１５と水準 表示器１６と遠隔操作用の組込み水位表示装置１７が設けられている。液圧式の 圧力液体１０用の閉鎖された循環を実現するために、タービン２０の膨張室１９ に付属し膨張した圧力液体１０を収容して集める貯蔵槽２１が弁２２と吸引管２ ３とを介して、二重に作用するピストンポンプとして設計された作業シリンダ８ の吸引側と（組込みの圧力制御される逆流防止弁を通して公知の方法で）結合さ れている。

機関を自動制御するための装置（詳しく示さず）にはさらに、堰の両側のそれぞ れ上流側ないしは下流側に配置された水位センサ２５．２４が付属している。参 照符号２６が示すものは、上流側の水位が達し得る最高水位である。

上述のように組み立てられ、第１図において駆動していない静止状態で示す本発 明に基づく水力機関は、次のようにして作動する。

遮断機構３が開放されると、上流側から水が縦坑１内に流入し、浮遊体４が持ち 上がり始める。するとロッドを介して作業シリンダ８のピストン９が上方へ動か され、そして圧力液体１０がポンプ管１１を介して上方のシリンダ空間から圧力 供給装置１３内に送出される。圧力供給装置内の圧縮空気がさらに圧縮されて圧 力上昇が生じる。圧力供給装置１３内を支配している圧力の一定の目標値は圧力 調整弁によって上方を限定されている。そこで排出弁１４が開放されるので圧力 液体１０は送出し管１８を介してタービン２０の膨張室１９へ流れ、羽根車を動 かしてそれによって羽根車が回転されて作業を行うと同時に圧力液体は圧力を取 シ除かれ膨張する。タービン２０．あるいはタービンの代わシに使用可能なハイ ドロエン・シンは、たとえば電気エネルギを発生させるだめの発電機と駆動結合 させておくことができる。弁２２が開放されると貯蔵槽２１から吸入管２３を介 して膨張した圧力液体が作業シリンダ８内へ（それぞれ行程方向に従って下方あ るいは上方のシリンダ空間内へ）吸い戻される。

浮遊体４がその上方の最終位置へ達した後に、機関の自動制御を行うための装置 の信号によって、遮断機構３が閉鎖されて、そして遮断機構２が開放される。水 は縦坑１から流出して、浮遊体は重力作用を受けて下方へ沈下し始め、それによ ってポンプとして作用する作業シリンダ８は反対方向に作動するが、同時に圧力 供給装置１３にも作用する。そして浮遊体４が下方の最終位置に達すると、遮断 機構２が閉鎖されて、遮断機構３が開放され、そして上述の過程が循環して新た に繰り返されることができる。

それによって定常運転が保証される。

高木や乾期のような水量の変動による水位の変化は、両方の水位センサ２４，２ ５によって常に監視されている。これらセンナの信号は、歯車ポンプ２７．２８ を用いて調整シリンダ６を操作することにより、力と運動を伝達するロッドの長 さをそれぞれ上流側と下流側の水面の高さに適合させるのに使用される。この歯 車ポンプ２７．２８は、たとえば送出し効率の小さい高圧ポンプとすることがで きる。

浮遊体４を案内するのに用いられるロー２２９は、好ましくは惰行するように軸 承された車輪あるいはローラであって、これらには好ましくはゴム製の弾性のあ る走行パッドが設けられている。時々、圧力供給装置１３内の圧力損失を補充弁 ３１を介して圧縮空気を圧入することによって補償することが必要になることも ある。

さらに脈動のない運転を保証するために、１台の水生成の圧力供給装置１３に、 多数の浮遊体４からなりできるだけ位相をずらして作動される多数の作業シリン ダ８を二重に作用するピストンポンプとして同時に作用させるようにすると有利 である。このように構成された本発明に基づく水力機関の構造群から、発電設備 全体を構成することができる。

次に示す請求の範囲によって定義される保護範囲の枠内において、上述の実施例 とは異なる本発明の他の実施例も実現されることはもちろんである。

国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．地表水の相応に補強された水底（３３）の適当に選択された場所に固定され た堰内に、それぞれ水底近傍に形成され遮断機構（２，３）によって制御可能に 閉鎖できる通過開口部を介して上流側でも下流側でも周囲と連通可能な少なくと も１つのほぼ垂直の内側の縦坑（１）が設けられていて、各縦坑（１）内では十 分に大きい自重を有する浮遊体（４）が垂直の縦坑方向に自由に移動できるよう に案内されていて、この（これらの）浮遊体（４）は好ましくは縦方向に調節可 能なロッドを介して液体ポンプ、好ましくは圧力側で好ましくは水空式の圧力供 給装置（１３）の液体室に作用する、液圧式の圧力液体（１０）用の二重に作用 するピストンポンプとして設計された作業シリンダ（８）のピストンと、両行程 方向に力及び運動を伝達するように結合されており、さらにこの圧力供給装置（ １３）の液体室は液圧式の圧力液体（１０）を作業させながら圧力除去するため に送出し管（１８）を介して公知のターボ機械、好ましくはタービン（２０）あ るいはハイドロエンジンの膨張室（１９）と連通されていることを特徴とする水 気式水力機関。
2. ２．好ましくは、堰の両側にそれぞれ存在している水面の変化に関係して遮断機 構（２，３）を自動制御する装置を含む上流及び下流の水位を感知する水位セン サ（２４，２５）も備えられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 水気式水力機関。
3. ３．二重に作用するピストンポンプとして設計された作業シリンダ（８）の吸引 側が吸引管（２３）を介して、膨張した圧力液体（１０）を収集するためにター ボ機械の膨張室（１９）に付属している貯蔵槽（２１）と連通されていることに よって、液圧式の圧力液体（１０）のために閉鎖された循環が設けられているこ とを特徴とする請求の範囲第２項に記載の水空式水力機関。
4. ４．ターボ機械、好ましくはタービン（２０）あるいはハイドロエンジンが、電 気エネルギを発生させるための発電機と駆動接続されていることを特徴とする請 求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の水空式水力機関。