JPS6350549B2 - - Google Patents

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JPS6350549B2
JPS6350549B2 JP54006210A JP621079A JPS6350549B2 JP S6350549 B2 JPS6350549 B2 JP S6350549B2 JP 54006210 A JP54006210 A JP 54006210A JP 621079 A JP621079 A JP 621079A JP S6350549 B2 JPS6350549 B2 JP S6350549B2
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stage turbine
water
jet
frame
stage
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Bozea Fuiritsupu
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/06Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/90Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/917Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables
    • F05B2240/9176Wing, kites or buoyant bodies with a turbine attached without flying pattern
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、効率が改善された水力発電装置に関
する。
水の流れの中に含まれているエネルギーを利用
する装置は発祥は古代にさかのぼる。この種の装
置は、穀物の粉砕に使用された水車からナイアガ
ラの滝のエネルギーを取り出している水力発電装
置にいたるまで、まことに多様である。風車のよ
うな装置により空気の流れからも有用なエネルギ
ーが取り出されている。水力発電装置と風車はど
ちらも、装置を支えるフレームがしつかりと地面
に係留されている。米国特許第2485543号と第
2784556号と第3924827号と第3987987号に教示さ
れているように最近、空気の流れからエネルギー
を取り出す可能性が探求されている。前記の特許
のうちあとに挙げた2つの特許は、凧の要領で空
気流により支えられた装置を開示している点で興
味がある。この特徴の重要性は、本発明の代表的
な実施例を記述した以下の説明より理解していた
だけよう。
風のエネルギーを利用しようとするさいぶつか
る主な問題は、空気の密度が非常に低いので、極
端に大きい装置を使用しない限り、空気流よりか
なりの量のエネルギーを取り出すことができない
ということである。しかし、水の密度は空気の密
度より大幅に大きいので、水の速度が十分な大き
さのものであれば、比較的小さい装置でも大量の
エネルギーを取り出すことができる。
高性能の水力発電機では、水の速度はそう問題
ではないが、効率の点では、この水力発電機では
水入口と出口との間での圧力低下又は水頭損失が
あるのであつて、水の流れが自由に変るところで
はこの機械は不適当である。
今日までのところ、水力発電機装置は大部分フ
レームが地面に係留されるタイプのものである。
従つて、このような発電装置は、たとえば、川の
中央における水の流れを利用することはできず、
さらに流れの方向が日により変わつたり潮の干満
とともに変わるような水の流れを利用することも
できない。従つて、水の流れの方向にその位置と
向きを合わせることができることで電力を高い効
率で発生することができるようにした水力発電装
置が得られることは非常に望ましいことなのであ
る。
本発明装置に係る水力発電装置は、発電装置を
水流の中に保持する一般に用いられている係留ケ
ーブルと、発電装置の深さと向きを設定する制御
ケーブルとを備えている。発電装置自身は、フア
ンの形をした第一段とフアンの上に半径方向に取
り付けられた中空チユーブを有する第二段とより
構成されている。水は中空のチユーブを通つてフ
アンの周縁に取り付けられた発電機を駆動するタ
ービン・ブレイドに向かつて加速される。
本発明の好適した実施態様においては、フア
ン・ブレイドが半径方向の中空チユーブを構成す
るようフアン・ブレイドは中空に作られている。
中空チユーブそれぞれの入口端は、フアンを回わ
す水流に関し上流に向かう方向に向きぎめされて
いる。中空チユーブはそれぞれ、チユーブの入口
端の直径が出口端の直径より大きいようテーパー
状に構成することができ、これにより中空チユー
ブの流出端より退出する噴流の速度を増大させる
ことができるのである。
従つて、本発明の目的は、効率が改善された水
力発電装置を提供することである。
本発明の他の目的は、水流の運動エネルギーを
利用し、運動エネルギーを電気エネルギーに転換
することができる効率が改善された水力発電装置
を提供することである。
本発明のいま一つの目的は、水流の方向を最大
限に利用するよう発電機を位置ぎめするとともに
向きぎめすることができるよう構成された、海、
河等のごとき水流のエネルギーを利用することが
できる、効率が改善された水力発電装置を提供す
ることである。
本発明の重要な目的は、その周囲の圧力と速度
での水を取り入れるターボ発電機を形成する第一
段のタービン装置を使うことで自由な水の流れを
効率良く利用するターボ発電機を得んとするにあ
る。
本発明の更に一つの目的は、非常に大きな低回
転の水タービンを接続するのに要求されるような
大重量で低速の歯車装置を不要ならしめる装置を
得ることにあり、本発明装置は非常に大きなトル
クを得られ且つその構造は堅牢なものであつて、
而かも軸承部の摩擦に基づく程度のトルク損失し
かないのである。
本発明のその他の目的と特長は、一部は自明の
ことであり、一部は本発明の明細書より明らかで
ある。
従つて、本発明は、以下詳述されている構成に
ついて例示された要素の構造と組み合わせと部品
の配置を特徴とするものであり、また本発明の範
囲は、特許請求の範囲に記載されている通りであ
る。
以下、本発明の実施例を図解した添付図面を参
照しながら本発明を詳細に説明する。
第1図に示されているように、本発明に係る水
力発電装置は、一般的に参照符号14により表示
されているフレームに取り付けられており、該フ
レーム14は、送電線を含むメイン・ケーブル5
により係留されている。フレーム14と、該フレ
ーム14に取り付けられた発電機を位置ぎめする
手段は、綱引き式固定係留ケーブル1と、集電制
御装置を組み込んだ固定軸4と、固定の複数の支
持アーム2と、該固定の支持アーム2の一つに取
り付けられた回り止め舵3と、深さ制御ケーブル
6より構成されている。
フレーム14の方向を制御するのは前記固定係
留ケーブル1と深さ制御ケーブル6であつて、3
本の支持アーム2を介して前記フレーム14の制
御を行うものであり、一方、フレーム14の軸4
は発電機本体の方向をきめることになる。発電機
を所望の水深の処に置くようにするに当つては、
発電機をそれに応じた傾斜角度で傾けるのであ
る。この傾斜により、発電機の浮力と3本のケー
ブル6,5,1の張力及び重量とがバランスする
処で、発電機がその水深を維持することになる。
(発電機の傾斜角度が小さいときは発電機の水深
は大になり、又傾斜角度が大きいときは水深が小
になる。) 水力発電装置は、第2図を見ればよく解かるよ
うに、主として、ハブ20より放射状に突設され
たフアン・ブレイド13より成る第一段を備えて
いる。この水力発電装置の斜視図が上流側から見
たものであると仮定すると、フアンは、矢印によ
り指示された方向、すなわち、時計と反対方向に
回転する。回転方向はフアン・ブレイドのピツチ
に左右されるものである。例えば、第3図に於い
て、フアン・ブレイドのピツチを前記第1図図示
のものと逆にするときはフアンの回転方向は逆に
なり、時計廻りになる。
第5図示の実施例では、チユーブ手段の流入端
17はハブ20に埋め込まれていることが、ハブ
20の断面で示される。同図からも明らかなよう
に発電機の回転部分はフレーム14の固定軸4の
回りを回転するものである。フアン・ブレイド1
3はハブ20に固着されている。21はコロ軸受
であつて、ハブ20の回転を容易ならしめる目的
のものであり、該コロ軸受21を介して固定軸4
に支承されることになる。回り止め舵3の作用の
一つは、このコロ軸受21による摩擦トルクをバ
ランスさせるように周囲の水の流れを利用するこ
とにある。回り止め舵3は、固定支持アーム2の
回り止めの役目をする。(もし、固定支持アーム
2がぐるぐる回転するときは、前記ケーブル1,
5,6がねじられ互いに絡みあつて破損すること
になる。) 本水力発電装置の第二段は中空チユーブ8を備
えており、該中空チユーブ8はそれぞれ流入端1
7と流出端8を備えている。第1図示の実施例で
は、流入端17はハブ20の外周壁に設けられて
いる。乱流を伴なうことなくスムーズに水が流入
端17にはいつて、中空チユーブ9を通り流出端
18に向かつて流れるよう、流入端17は、水流
に対して上流に向かう方向に向きぎめされている
ことが好ましい。水は、第一段のフアン・ブレイ
ドの回転に伴なう遠心力により加速されてエネル
ギー集める。本発明の好適した形態においては、
フアン・ブレイドは中空であつて、水はフアン・
ブレイドを通つて流入端17により流出端18に
向かつて流れる。
水の噴流のエネルギーを利用するため、ドーナ
ツ状の水力学的ハウジングである中空リング7の
フアン・ブレイドの周囲にタービン10が取り付
けられている。流出端18から放出された水の噴
流は、発電機11のタービン・ベーン10にぶつ
かる。しかして、該タービン・ベーン10は、水
の噴流のエネルギーを発電機11の回転に変換す
るよう方向ぎめされている。
出口12の向きは第3図図示の通りである。図
示例に於ては、水の噴流の向きは、上流側(図示
例では、ケーブル1,5,6、とその係留体のあ
る方の側)から見て、即ち、第3図を右から見
て、右から左であつて発電機11の方は時計と同
じ向きに廻る。この廻転と水の流れとの組合せ効
果は、水をハウジング7に近い側の外方を通らせ
て、ハウジング7に対し左側で下方に流させるに
ある。出口12は、この水の相対的な流れに沿う
ようになり、噴出された水は周囲の流れと円滑に
合流し、この際圧力低下は殆んどない。
発電機11で発生した電流は、メイン・ケーブ
ル5と接続されているワイヤ15を経て発電機1
1より取り出される。噴流の水は、発電機11の
ベーン10を通過したあと、ハウジング7に設け
られた出口12をへて排出される。出口12は、
それぞれ、該出口12で真空圧を作り、これによ
りベーンに補足的な力(吸込)を与えてタービ
ン・ベーンを通つてハウジング7の下流側へ流れ
る水を排出して還流させるよう、フアン・ブレイ
ド13の回転と一次流の方向に関して下流側に位
置ぎめされている。更に、ベンチユリ効果を作る
とともに上述の要領で出口を位置ぎめすることに
より作られる排出口を増大させるため、前記出口
の上流側に隆起突出部23が設けられている。
この隆起突出部23は、ベンチユリ管のノズル
(又は先細りノズルで断面積が次第に狭くなつて
いるノズル)のように、ハウジング7の外側を流
れる水流に作用をする。即ち、隆起突出部23
は、この外側を流れる水流を加速する作用をする
のである。この水流の加速に伴つて、ベルヌイの
式(Bernoulli′s equation)に従い、水流の静圧
は減少する。この結果、第二段のタービン10は
より低い背圧に放出することになる。隆起突出物
23の使用の有無については、第二段のタービン
10として使用される本装置が必要とするときに
使用するものと考えてよい。
この明細書に開陳されている水力発電装置の効
率が従来のものより高いことは、中空チユーブ内
の水に作用する遠心力を利用して、水流により作
動する第一段タービンの周囲で発電機を運転する
ために使用される高速度の噴流を発生するように
したことにもとづくものである。水流の中での本
装置の位置を維持するため、本装置は適当なケー
ブルと制御装置を備えているので、水力発電装置
のフレームを地面に関して固定的に拘束する必要
がない。
本発明に係る水力発電装置が水流中に浮遊でき
る根拠、及び制御ケーブル6が浮遊深さを制御で
きる理由などにつき、次の通り説明する。
前述の通り発電機を組み込んだハウジングは、
本質的に中立的に水中に浮遊するように作るもの
であり、実際に本発明者が実施した実例では、浮
き上る側に約3%の浮力のあるものを使用した、
このようにして、本発明装置は自然に水流中に浮
遊するものである。
本発明装置の浮遊深さは、固定支持アーム2上
での固定係留ケーブル1と深さ制御ケーブル6と
の間の相互関連作用で制御されることになる。こ
の固定係留ケーブル1は、固定支持アーム2と係
留錨27との間に定常的に取付けられる(第3図
参照)。深さ制御ケーブル6の長さを短くしよう
とすることによつて、発電機装置の船尾部は沈む
方向に動こうとするのであり、之と逆に、深さ制
御ケーブル6の相対長さを長くしようとすると前
記船尾部は浮き上る方向に動くのである。このよ
うにして、発電機装置の位置する深度を制御する
のは、深さ制御ケーブル6を制御することにより
行われるのであり、而して、発電機装置を、その
フアン・フレード13が水流の向きに向くように
するのには、複数本の深さ制御ケーブル6,6の
うちの一本を選択的に短くすることで可能であ
る。
以上でもつて、上に挙げた本発明の目的が効果
的に達成されたことを理解していただけよう。本
発明の精神と範囲を逸脱しない限り上述の構成に
変更あるいは修正を加えてさしつかえない以上、
上記の説明に網羅されていることあるいは添付図
面に示されていることはすべて説明の便をはかる
ためのものであつて、限定的な意味で解釈される
べきでないことはいうまでもない。
当初に掲げた特許請求の範囲は、本明細書に記
載されている本発明の一般的な特徴と特定の特徴
のすべてならびに言葉のあやとして前記一般的な
特徴と特定の特徴との間にはいるものとみなされ
る本発明の適用範囲のすべてを網羅しようとする
ものであることも理解していただきたい。
以下、念のため本発明の実施態様を列挙する。
(1) フレーム14と、水流の運動エネルギーを回
転エネルギーに変換するフアン・ブレイド13
を含む第一段のタービン装置とがあり、 該第一段のタービン装置は軸4と周縁を備え
ていて、前記フレーム14上で回転するように
取り付けられているものであり、而して 中空のチユーブ手段8,9を含むタービン装
置で、前記第一のタービン装置上に取り付けら
れた第二段のタービン装置10があり、而かも 前記の中空のチユーブ手段8,9はそれぞ
れ、流入端と流出端とを備えているものであ
り、遠心作用により水の噴流を作るよう前記流
入端17が前記軸4の近傍に設けられ、前記流
出端18が前記周縁の近傍に設けられた状態
で、前記第一段のタービン装置上に半径方向に
取り付けられていて、更に 各流出端に配置され且つ水の前記噴流を受け
とつて、前記第二段のタービン装置10を回転
させる方向に前記噴流を放出するよう向きぎめ
されたタービン・ベーンを備えており、 前記第一段と第二段のタービン装置の回転エ
ネルギーを電気エネルギーに転換する電気−機
械的装置を有することを特徴とする、効率が改
善された水力発電装置。
(2) 前記第1項記載の水力発電装置において、前
記フアン・ブレイド13が中空で前記第二段の
タービン装置10の前記中空チユーブ手段を構
成するものであることを特徴とする水力発電装
置。
(3) 前記第1項記載の水力発電装置に於て、前記
の第二段のタービン装置10が発電機11を含
み、該発電機11は前記周縁中空リング7内に
あつて前記タービン・ベーンにより駆動される
ものであることを特徴とする水力発電装置 (4) 前記第1項記載の水力発電装置であつて、電
気エネルギーを発生する発電機の係留手段と位
置ぎめ段、及び水の流れの中での発電機の方向
づけ手段を含み、更に、前記発電機により得ら
れた電気エネルギーを送るための電気的接続手
段を含むものであることを特徴とする水力発電
装置 (5) 前記第1項記載の水力発電装置において、前
記流入端17には開口部があり、而かも該開口
部が水の流れに対し上流に向かう方向に向きぎ
めされるものであることを特徴とする水力発電
装置。
(6) 前記第1項記載の水力発電装置において、前
記の中空のチユーブ手段は、その流入端17の
内径の寸法がその流出端18の内径の寸よりも
大きいものであることを特徴とする水力発電装
置。
(7) 前記第1項記載の水力発電装置において、前
記の中空のチユーブ手段における水の噴流は、
遠心力作用で生成されるものであり、前記の中
空のチユーブ手段の流出端のところにある第二
段のタービン・ベーンを回転させるための予め
決められた人工ヘツド(AH)大いさを規制す
るものであることを特徴とする水力発電装置。
(8) 前記第1項記載の水力発電装置において、前
記の第二段のタービン手段の各々は、前記第一
段のタービン手段の回転方向に関し下流側の方
に位置する出口を備えていることを特徴とする
水力発電装置。
(9) 前記第8項記載の水力発電装置に於て、前記
出口12の各々の附近に出口から上流側ところ
に隆起部23が前記中空リングと一体的に形成
されており、而かも、該隆起部23は、第一段
のタービン装置の回転につき、出口12をとこ
ろでベンチユリ効果を発生させるためのもので
あることを特徴とする水力発電装置
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第一実施例を図解した部分
断面図。第2図は、第1図の実施例の正面図。第
3図は、水流中の同じ位置における第1図の実施
例の斜視図。第4図は、水力発電装置の第二段の
部分正面図、第5図は第二実施例の一部切欠た拡
大断面図である。 1は固定係留ケーブル、2は固定支持アーム、
3は回り止め舵、4は固定軸、5はメイン・ケー
ブル、6は深さ制御ケーブル、7は中空リング、
8,9は中空チユーブ、10はタービン、11は
発電機、12は出口、13はフアン・ブレイド、
14はフレーム、15はワイヤ、17は流入端、
18は流出端、20はハブ、21はコロ軸受、2
3は隆起突出部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 フレームと、水流の運動エネルギーを回転エ
    ネルギーに変換するフアン・ブレイドを含む第一
    段のタービン装置とがあり、前記フレームに軸が
    取付けられるものであり、 該第一段のタービン装置はハブと周縁中空リン
    グを備えていて、フレームの前記軸上で回転する
    よう取り付けられているものであり、而して 中空のチユーブ手段を含むタービン装置で、前
    記第一段のタービン装置に固着され之と共に回転
    する第二段のタービン装置があり、而かも 前記の中空のチユーブ手段は、夫々、流入端と
    流出端とを備えているものであり、遠心作用によ
    り水の噴流を作るよう前記流入端が前記ハブの外
    周壁に設けられ前記流出端が前記周縁中空リング
    の内部に収容されている状態で、前記第一段のタ
    ービン装置上に半径方向に取り付けられていて、
    更に 各流出端に配置され且つ水の前記噴流を受けと
    つて、前記第二段のタービン装置を回転させる方
    向に前記噴流を放出するよう向きぎめされたター
    ビン・ベーンを備えており、 前記第一段と第二段のタービン装置の回転エネ
    ルギーを電気エネルギーに転換する電気−機械的
    装置を有することを特徴とする、効率が改善され
    た水力発電装置。 2 フレームと、水流の運動エネルギーを回転エ
    ネルギーに変換するフアン・ブレイドを含む第一
    段のタービン装置とがあり、前記フレームに軸が
    取付けられるものであり、 該第一段のタービン装置はハブと周縁中空リン
    グを備えていて、フレームの前記軸上で回転する
    よう取り付けられているものであり、而して 中空のチユーブ手段を含むタービン装置で、前
    記第一段のタービン装置に固着され之と共に回転
    する第二段のタービン装置があり、而かも 前記の中空のチユーブ手段は、夫々、流入端と
    流出端とを備えているものであり、遠心作用によ
    り水の噴流を作るよう前記流入端が前記ハブに埋
    設せられ前記流出端が前記周縁中空リングの内部
    に収容されている状態で、前記第一段のタービン
    装置上に半径方向に取り付けられていて、更に 各流出端に配置され且つ水の前記噴流を受けと
    つて、前記第二段のタービン装置を回転させる方
    向に前記噴流を放出するよう向きぎめされたター
    ビン・ベーンを備えており、前 前記第一段と第二段のタービン装置の回転エネ
    ルギーを電気エネルギーに転換する電気−機械的
    装置を有することを特徴とする、効率が改善され
    た水力発電装置。
JP621079A 1978-01-25 1979-01-24 Hydraulic power generator Granted JPS54160934A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/872,131 US4205943A (en) 1978-01-25 1978-01-25 Hydro-electric generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS54160934A JPS54160934A (en) 1979-12-20
JPS6350549B2 true JPS6350549B2 (ja) 1988-10-11

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ID=25358909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP621079A Granted JPS54160934A (en) 1978-01-25 1979-01-24 Hydraulic power generator

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US (1) US4205943A (ja)
JP (1) JPS54160934A (ja)
CA (1) CA1099190A (ja)
DE (1) DE2902518A1 (ja)
GB (1) GB2026620B (ja)

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