专利名称：水力发电装置以及水力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用水力来发电的水力发电装置以及利用该装置的水力发电系统。
背景技术：
下述技术众所周知(例如，参照专利文献I):使浮船漂浮于能够通过涨落的潮位差而实现海水的流入以及排出的船坞内，在浮船的侧面突出设置有具备齿轮轴的齿轮，在船坞侧设置有与齿轮啮合的齿条，浮船的升降使齿轮旋转，并通过增速机构提高齿轮的转速而驱动发电机，由此利用涨落的潮位差来发电。另一方面，下述技术也众所周知(参照专利文献21):将筑堤内的水面与外部的海面设为相同，在筑堤内具备设有发电机构以及传动机构的发电船和能够升降地从发电船下 垂而通过反转机构向与发电船的升降相反的方向升降的浮筒，在涨潮时使用具备摇杆以及传导杆等的连络机构将发电船的上升运动转换成旋转运动来发电，在落潮时使浮筒上升，此时经由升降机构来发电。专利文献I :特开平10-274145号公报专利文献2 :特开平02-301674号公报
发明内容
但是，前者的现有技术使用了齿轮齿条机构，所以难以在高转换效率下得到驱动发电机所需要的转速以及转矩。后者的现有技术，构造复杂、制作困难并且会导致成本上升。每一项现有技术都是在漂浮于水面的船上搭载发电设备，所以需要用于将发出电力向外部输出的结构，不仅如此而且在设备整体的维修上还存在应该解决的课题。另外，现有技术仅着眼于潮汐发电，不能适用于河水和/或自来水等多样的水源。进而，关于发电能力的规模也具有大小各种要求，但现有技术难以应对多样的发电能力。本发明的目的在于提供一种水力发电装置以及使用该装置的水力发电系统，其中，通过漂浮于水槽内的水面的浮筒与将浮筒的直线运动转换成旋转运动的直线-旋转转换机构的新组合，构造简单且直线运动容易向旋转运动转换，工作的可靠性也高，而且容易适应多样的水源以及多样的发电能力。本发明的水力发电装置具备水槽、浮筒、直线-旋转转换机构以及发电机。水槽能够进行相对于其的供水以及排水。浮筒配设成在水槽内漂浮，随着伴随向水槽内的供水以及排水而产生的水面变动，上升以及下降。直线-旋转转换机构具备阳螺纹轴以及阴螺纹体。阳螺纹轴旋转自如地被支撑。阴螺纹体螺纹结合于阳螺纹轴而与浮筒的上升以及下降时的直线运动联动，并且通过其联动时的直线移位使阳螺纹轴旋转。发电机通过阳螺纹轴的旋转而驱动。根据本发明的水力发电装置，使用具备阳螺纹轴以及螺纹结合于阳螺纹轴的阴螺纹体的直线-旋转转换机构而使该阴螺纹体与浮筒上升以及下降时的直线运动联动，根据阴螺纹体的直线运动使阳螺纹轴旋转而驱动发电机发电，所以提供一种水力发电装置以及使用该装置的水力发电系统，其中，水力发电装置的构造简单，且直线运动向旋转运动的转换容易，工作可靠性升高，并且容易适应多样的水源以及多样的发电能力。
图I是本发明的水力发电装置的第I实施方式所涉及的正视纵剖图。图2是沿着图I的11-11’线的剖视图。图3是沿着图I的III-III’线的剖视图。图4是沿着图I的IV-IV’线的剖视图。图5是沿着图I的V-V’线的剖视图。图6是表示本发明的一个实施方式所涉及的水力发电装置的直线-旋转转换机构 的(a)放大横剖图以及(b)放大要部纵剖图。图7是本发明的水力发电装置的第2实施方式所涉及的正视纵剖图。图8是本发明的水力发电装置的第2实施方式所涉及的局部省略的侧剖图。图9是本发明的水力发电装置的第3实施方式所涉及的正视纵剖图。图10是本发明的水力发电装置的第4实施方式所涉及的正视纵剖图。图11是本发明的水力发电装置的第5实施方式所涉及的正视纵剖图。图12是沿着图11的11-11’线的剖视图。图13是沿着图11的III-III’线的剖视图。图14是本发明的水力发电装置的第6实施方式所涉及的正视纵剖图。图15是本发明的水力发电装置的第7实施方式所涉及的正视纵剖图。图16是本发明的水力发电系统的第I实施方式所涉及的模式配置图。图17是本发明的水力发电系统的第I实施方式所涉及的供水以及排水的I个周期内的定时图。图18是本发明的水力发电系统的第2实施方式所涉及的示意配置图。图19是本发明的水力发电系统的第3实施方式所涉及的示意配置图。图20是对本发明的水力发电系统的第3实施方式所涉及的各水力发电装置的协同工作进行说明的定时图。符号说明I :水槽11 :上盖lla、llb:开口12 :支柱13 :水槽本体2 :供排水单元21:供水口21a :供水管22:排水口22a:排水管3 :浮筒
31 :联动单元31a :联动部件4 :直线-旋转转换机构41:阳螺纹轴41a:阳螺纹槽42:阴螺纹体42a:阴螺纹槽43 :齿轮轴44、45、46 :轴承5:发电机 6 :外套61 :外套本体62 :盖体7 :转矩传递部71 :转矩获取部71a :第 I 齿轮71b :第 2 齿轮72:旋转方向切换部73:增速器8 :集水部9 :泵10 :扬水管⑶发电单元
具体实施例方式水力发电装置的第I实施方式以下，在本发明的第I实施方式中，水力发电装置如图I所示，具备水槽I、供排水单元2、浮筒3、直线-旋转转换机构4以及发电机5。本实施方式实现了水力发电装置所涉及的发明，另外能够在实施本发明的水力发电系统时使用。以下，参照图I至图6关于各结构要素进行说明。水槽I水槽I如图I所示，构成为，具备供排水单元2而能够向杯状的水槽本体13内部供水以及将贮存于内部的水排出。通过向水槽I内供水，贮存于水槽I的水的水位会上升到预定高度。另外，该情况下的预定高度指的是允许后述的浮筒3在水槽I内上升的高度。另外，通过将在水槽I内贮存到预定高度的水排出，导致水的水位下降到预定高度。另外，该情况下的预定高度指的是允许后述的浮筒3下降的高度，也可以是水槽I内的水大致全部排出了的状态。即，伴随着供水以及排水，水槽I内的水面上下运动。但是，水槽I内的水面的上述预定高度在水槽I允许的范围内能够设定为适当的值。(水槽本体13)
水槽I对其水槽本体13的内部容积以及形状没有特别限定。而且，能够根据发电容量适当选定适当的内部容积以及水槽I的开口面积、例如直径与高度。另外，水槽I的开口面积能够选定为能够收纳导入水槽I内的后述浮筒3的最大面积。而且，浮筒3的最大面积决定能够所得浮力的大小。另外，水槽I的高度决定浮筒3的上下方向的直线移位量。对水槽I的构成材料没有特别限定。例如，能够使用金属(例如钢、不锈钢等)、混凝土、通过无机质(玻璃、碳、金属氧化物或者氮化物等)纤维强化了的塑料、陶瓷或者砖等适当的材料，或者利用自然地形等，来构筑水槽I。水槽I在图示实施方式中呈圆筒形状，这是优选的形状，但根据期望也可以是多棱筒状等形状。进而，水槽I能够开闭地附加有将水槽本体13的上部开口封闭的上盖11，由此容易进行水槽I内部的维修，并且能够阻止灰尘等异物进入水槽I内。另外，为了维修，能够在水槽I的侧面配设未图示的维修孔。在图示实施方式中，在上盖11上，如图I至图3所示，形成有在中央部以及相对于 中央均匀配置于同心圆上的多个开口 lla、llb。中央部的开口 11a，支柱12的上端在此露出，在此埋设有后述的轴承44。轴承44旋转自如地支撑后述的直线-旋转转换机构4的阳螺纹轴41下部、且阻止阳螺纹轴41的长度方向的移动。在均匀配置的多个开口 Ilb中，移动自如地插通从浮筒3向水槽I外延伸的后述的联动单元31。多个开口 Ilb例如为四边形，以与其各边相对的方式配设有滚柱轴承11c，支援联动单元31圆滑的插通，同时一边阻止浮筒3的旋转一边使其平滑地进行上下方向的直线运动。另外，在图I所示的实施方式中，支柱12在水槽I内部从底部中央部竖直地立起而到达上盖11的开口 11a。另外，能够根据期望将水槽I形成为甜甜圈状。这样一来，该甜甜圈形状的中央孔部成为水槽I的外侧，所以能够在该部位配设直线-旋转转换机构4的轴承44。但是，也允许与上述的形态相反地，将直线-旋转转换机构4以浸入水中的方式配设于水槽I的内部。因此，应该能够理解，在本发明中，水槽I的形状以及与直线-旋转转换机构4的关系能够采用多种形态，所以没有特别限定。进而，在水槽I中，为了使后述的浮筒3在水槽I内的预定位置停止，能够配设检测浮筒3的下部停止位置以及上部停止位置的位置传感器以及浮筒3的机械式锁定机构(均未图示)。而且，能够使位置传感器的检测输出与控制供水以及排水等的控制装置(未图示)联动。另外，下部停止位置以及上部停止位置是水面为预先预定的下限高度以及上限高度时的浮筒3的位置。上述下限高度包含水位为0，但优选为在下限高度时浮筒3处于上浮的状态，这样在下次供水时浮筒3会迅速开始上升，所以能够将发电休止时间设为最小限度。另外，机械式锁定机构是将浮筒3机械锁定于例如其上限高度附近的机构，能够在将水槽I内的水排出而进行内部的维修等情况下等使用。另外，水槽I进一步允许在其内壁面配设有导轨14。该导轨14通过与后述的浮筒3的导向辊32协动，进行导向使得浮筒3的上下运动平滑地进行。在图示的实施方式的情况下，水槽I的内面为圆形，所以如图4以及图5所示那样，按90°的间隔配设有4根导轨14。(供排水单元2)供排水单元2是能够向水槽I内供水以及从其排水的单元。而且，通过供水使水槽I内的水面上升、接下来通过排水使水槽I内的水面下降，由此使水面周期性反复上下变动。在图示的实施方式中，如图2等所示，供排水单元2具备互相独立的各一对供水口 21以及排水口 22。在该情况下，供水口 21以及排水口 22的个数能够自由地设定。另外，根据期望，也可以构成为，具备单一的供排水口而按时间切换供水与排水。供水口 21是向水槽I内供供水而使浮筒3在水槽I内上升的机构，优选将每单位时间的供水能力设定得尽可能大。在该情况下，在供水时即使水面超过浮筒3的上表面也没关系，不仅如此此时还能够将浮筒3的上升速度提高到最大限度。另外，在供水口 21与图7所示的集水部8之间通过配管相连的情况下，供水口 21与集水部8之间的落差换而言之水压优选设定为不管水槽I内的水面为允许范围内的哪个高度都能够以充分的动能即水力向水槽I内供水的值。另外，相对于供水口 21，配管作为供水管21a而起作用。另外，若将供水口 21的多个例如一对配设成在水槽I内面的同一水平面内按点对称关系分离，则有助于提高供水速度。在图示的实施方式中，供水口 21的一对配设成相对于水槽I正对，即按180°间隔配设。排水口 22是用于将水槽I内的水向外部排出而使水面下降的机构，优选形成为将每单位时间的排水能力设定得尽可能大。这样一来，在排水时即使水面比浮筒3的下端低也没关系，不仅如此此时还能够将浮筒3的下降速度提高到最大限度。另外，在排水口 22连接有排水管22a。另外，排水口 22，配设于水槽I的下部，由此能够经由排水管22a容易地将水槽I内的水向外部排出。浮筒3浮筒3配设成能够在水槽I内的水面上漂浮同时在上下方向上直线运动。即，随着伴随着向水槽I内的供水以及从其排水的水面的上下变动而上升以及下降。另外，为了在浮筒3上升时对直线-旋转转换机构4给予期望的驱动力，构成为具有期望的浮力。为此，只要将浮筒3的排水量设定为期望的值即可。另外，浮筒3的浮力与浮筒3由于在水面漂浮而排开的水的质量相等。与此相对，为了在浮筒3下降时对直线-旋转转换机构4给予期望的驱动力即重力，构成为浮筒3具有期望的质量。为此，将浮筒3的质量设定为期望的值即可。因此，通过使浮筒3上升时与下降时的直线-旋转转换机构4的驱动力相等，能够使发电电力相等。为此，以浮筒3的浮力与质量大致相等的方式构成浮筒3即可。在本发明中，对为此的具体构造没有特别限定，例如能够在浮筒3的内部或者外部附加配重并且/或者如图I所示那样加大浮筒3的壁厚。其结果，浮筒3的排水质量变大，从水面的下沉增大。因此，在本发明中，浮筒3只要构成为其上部在水面上露出的程度，浮力与质量便平衡，所以优选。
另外，浮筒3，为了使后述的直线-旋转转换机构4的阴螺纹体42与其上升以及下降时的直线运动联动，允许具备联动单元31。S卩，联动单元31是将浮筒3的直线运动传递到直线-旋转转换机构4的阴螺纹体42使阴螺纹体42直线运动的机构。但是，对联动单元31的其余的结构没有特别限定。例如，能够将浮筒3与阴螺纹体42直接连结。另外，根据期望，联动单元31也可以是运动比例不是I比I的连杆机构和/或杠杆机构等。在图示的实施方式中，联动单元31将水槽I内的浮筒3与配设于水槽I外部的直线-旋转转换机构4的阴螺纹体42直接连结。S卩，联动单元31的一端固定于水槽I的上部，中间部能够上下运动地贯通水槽I的上盖11，另一端向水槽I外侧延伸而连接于直线-旋转转换机构4的阴螺纹体42。进而，浮筒3，通过在基本上根据水面的变化而上下运动时利用联动单元31，浮筒3相对于水槽I不旋转。即，联动单元31由4个钥匙形部件31a构成。而且，各钥匙形部件31a的下端部沿着将浮筒3的上表面的重心位置设为中心的假想圆按90°间隔固定。进而，各钥匙形部件31a从浮筒3的上表面垂直立起，其中间部缓缓贯通水槽I的上盖11。另外，优选考虑在上贯通部配设滑动部件Ilc例如辊子以将浮筒3的直线运动平滑化而降低直线运动的动力损失。进而，钥匙形部件31a的弯折的另一端部按90°间隔接合于直线-旋转转换机构4的输入端即阴螺纹体42的外周部。构成为，在上面的构造的联动单元31与水槽I的上盖11之间，浮筒3不旋转，且自由地进行直线运动，并且直线-旋转转换机构4配置于浮筒3的重心位置。另外，对浮筒3的形状没有特别限定，并且水槽I的形状也不受制约。在图示的实施方式中，浮筒3俯视呈甜甜圈状，但这只不过是因为在水槽I内配设有支柱12，所以出于避开支柱12的目的而采用这样的形状。但是，如果浮筒3呈圆形或者环形，就能够容易地发现其重心位置。 另外，在水面下降时，伴随于此，浮筒3向下方直线移动。在浮筒3直线移动时，浮筒3通过其质量或者排水重力使直线-旋转转换机构4旋转。因此，为了使浮筒3上升时与下降时的发电量相等，浮筒3优选具有与水面上升时的浮力相等的质量。简而言之，在水面上升时，能够将浮筒3的浮力利用于发电。另一方面，在水面下降时，在水位的下降与浮筒3的下降同步的情况下能够将浮筒3的排水重力利用于发电，另外在排水较快而水位的下降速度比浮筒3的下降速度大的情况下能够将浮筒3的质量利用于发电。 直线-旋转转换机构4直线-旋转转换机构4是本实施方式中的水力发电装置的特征性的构成部分，具备阳螺纹轴41以及螺纹结合于该阳螺纹轴41的阴螺纹体42而构成。而且，阳螺纹轴41旋转自如地被支撑。与此相对，阴螺纹体42构成为，与浮筒3上升以及下降时的直线运动联动而进行直线运动但不旋转。若阴螺纹体42直线运动，会使与其螺纹结合的阳螺纹轴41旋转，所以能够进行运动的直线-旋转转换。即，在本发明中，直线-旋转转换机构4作为将直线运动转换成旋转运动的机构而起作用。这样一来，将阳螺纹轴41的旋转向后述的发电机5传导，由此能够驱动其发电。阳螺纹轴41如图6所示，在所需要的有效长度的部分连续形成有阳螺纹槽41a。另外，在图I所示的实施方式中，在阳螺纹轴41的图中一体地延长有从上端即轴承45向上方以同轴关系延长的齿轮轴43。另外，齿轮轴43在外周没有形成阳螺纹槽41a，并且装架有后述的第I齿轮71a。阴螺纹体42如图6所示，也能够称为螺母，具有形成于中央的贯通孔，在其内表面形成有阴螺纹槽42a。阴螺纹体42能够将其阴螺纹槽42a螺纹结合于阳螺纹轴41的阳螺纹槽41a，而沿着阳螺纹轴41的长度方向滑动地移动。另外，若阴螺纹体42不旋转地沿着阳螺纹轴41进行上述滑动，则阳螺纹轴41旋转。阳螺纹轴41的阳螺纹槽41a以及阴螺纹体42的阴螺纹槽42a的各自的螺旋升角在本发明中没有特别限定。如果螺旋升角相对较大，则滑动阻力(摩擦阻力)相对变小，每单位直线距离所得的转速相对变少但转矩相对变大。相反，如果螺旋升角相对较小，则滑动阻力(摩擦阻力)相对变大，每单位直线距离所得的转速相对变快但转矩相对变小。但是，众所周知，在直线-旋转转换机构4中，能够采用例如在阴螺纹体42的阴螺纹槽42a附加滚珠轴承等降低滑动阻力的已知方案。而且，通过适当采用该方案，即使阳螺纹轴41以及阴螺纹体42的螺旋升角相对较小，也能够同时相对增大每单位直线距离所得的转速以及转矩。因此，如果考察上面的事情，则在本实施方式中，阳螺纹轴41以及阴螺纹体42的螺旋升角为大约10°左右以上即可。但是，优选为约15 25°左右的范围内。另外，直线-旋转转换机构4如上所述允许配设于水槽I的内部以及外部的任何一处。如果配设于水槽I的内部，则水力发电装置的构造变得简单。另外，如果配设于水槽I的外部，则直线-旋转转换机构4的耐久性升高，并且不仅其维修变得容易，而且也不必担心由于直线-旋转转换机构4的工作而污染水。直线-旋转转换机构4配设于水槽I的位置，在本发明中一般没有特别限定。但是，优选为浮筒3的重心位置。在这样将直线-旋转转换机构4配设于重心位置的情况下， 仅使用一个直线-旋转转换机构4即可，而且直线-旋转转换机构4的工作也最稳定。进而，在阴螺纹体42以I比I的联动比例与浮筒3的上下的直线运动联动的情况下，直线-旋转转换机构4只要有与浮筒3的上下的直线运动距离相等的阳螺纹轴41的有效长度即可。但是，在例如阴螺纹体42经由连杆机构和/或杠杆机构等那与浮筒3的直线运动联动的情况那样、浮筒3与阴螺纹体42的联动比例比I比I小时，也可以使阳螺纹轴41的有效长度也以相同比例减小。相反，在联动比例比I比I大时，需要使阳螺纹轴41的有效长度也以相同比例增大。在图示的实施方式中，联动比例为I比1，直线-旋转转换机构4将其螺纹轴41从水槽I的上表面向上方立起。旋转自如地支撑直线-旋转转换机构4的阳螺纹轴41的机构在本发明中没有特别限定。在图示的实施方式中，通过轴承44、45旋转自如地支撑阳螺纹轴41的两端并且阻止其轴向的移动。另外，轴承44示意性表示其截面，但允许轴承45也为大致同样的构造。另外，轴承44如图I以及图3所示，固定例如埋设于从水槽I内的底部中心部立起的支柱12的上端。轴承45如图I所示,经由托架62固定于后述的外套6。另外,外套6配置于水槽I的上部侧，由圆筒状的外套本体61与配置于外套本体61的上端的盖体62构成。发电机5通过由直线-旋转转换机构4将浮筒3的直线运动转换成旋转运动而从阳螺纹轴41得到的转矩，驱动发电机5发电。发电机5既可以直接连结于阳螺纹轴41而被驱动，也可以间接地被驱动。在图示的实施方式中，发电机5为后者的形态，构成为经由后述的转矩传递部7而间接被驱动。另外，发电机5没有特别限定其种类。例如，能够适当选择同步发电机、感应发电机、直流发电机等而使用。(转矩传递部7)转矩传递部7是获取伴随浮筒3的基于浮力以及质量所实现的直线运动而在直线-旋转转换机构4的阳螺纹轴41产生的转矩，以所需要的转速驱动发电机5的机构。另夕卜，转矩传递部7，其功能由转矩获取部71、旋转方向切换部72以及增速器73构成。下面，对上述各功能部分进行说明。转矩获取部71为用于从直线-旋转转换机构4的旋转的阳螺纹轴41获取转矩的功能，在本发明中，对其具体的构造没有特别限定。例如，如图I所示的实施方式，由第I齿轮71a以及第2齿轮71b构成。第I齿轮71a固定于从阳螺纹轴41的图的上端一体延长的齿轮轴43。另外，齿轮轴43的图I中的上端旋转自如地由配设于外套6的盖体62的内表面的轴承46支撑。第2齿轮71b与第I齿轮啮合。这样一来，阳螺纹轴41的旋转，通过由第I齿轮71a以及第2齿轮71b构成的转矩获取部71，将由于浮筒3的上升以及下降而产生的转矩从第2齿轮71b获取。阳螺纹轴41的旋转在上升时与下降时相互反转，旋转方向切换部72是用于在该情况下将发电机7的旋转一直转换为预定的一定方向的功能单元。具体的构造在本发明中没有特别限定。能够适当选择已知的各种旋转方向切换单元而使用。在图示的实施方式中，旋转方向切换部72作为一例构成为具备推力轴72a、互相反向的一对驱动伞齿轮72b、72c、推力器72d、从动轴72e以及从动伞齿轮72f。推力轴72a配设成与直线-旋转转换机构4的阳螺纹轴41平行，在较长方向的一部分的外表面形成有花键槽72al。而且，所述第2齿轮71b的内齿与花键槽72al花键结合。另外，虽在图I中省略图示，但第2齿轮71b的上下方向的位置受限制，使得即使推力 轴72a由于推力器72d而上下移动、与第I齿轮71a的啮合也不脱落。另外，推力轴72a在轴向上仅能够推进预定距离地被固定。反向的一对驱动伞齿轮72b、72c以45°倾斜的伞齿的部分互相分离地相对的状态固定装载于推力轴72a。另外，一对驱动伞齿轮72b、72c仅分离在推力轴72a推进时后述的从动伞齿轮72f仅能有选择地与某一方的驱动伞齿轮72b或者72c啮合的距离。从动轴72e配设成与推力轴72a正交，并且能够旋转地被固定。另外，后述的增速器73的输入轴能够兼作为从动轴72e。从动伞齿轮72f固定装载于从动轴72e，并且与一对驱动伞齿轮72b、72c的某一方啮合，将阳螺纹轴41的转矩经由上述转矩获取部71以及旋转方向切换部72传导，使从动轴(输入轴)72e旋转。推力器72d是用于使推力轴72a在轴向上滑动而使一对驱动伞齿轮72b、72c中必要的一方与从动伞齿轮72f啮合的单元。而且，能够设为能够使用例如电动、液压等远程操作单元而进行远程控制以及联动控制。增速器73是介于旋转方向切换部72以及发电机5之间而将从旋转方向切换部72得到的转速增速到发电机5的效率升高的转速、从输出轴73a输出该转速而驱动发电机5的单元。能够使用采用了已知行星齿轮的增速器。发电单元⑶能够构成以上面说明了的转矩获取部71、旋转方向切换部72、增速器73以及发电机5为I个单位的发电单元GU。即，能够根据从直线-旋转转换机构4的阳螺纹轴41得到的转矩的大小，根据需要使多个发电单元GU共有第I齿轮71a，将这些发电单元GU配设于其周边。水力发电装置的其他结构本发明的水力发电装置的实施方式除了上面说明了的结构部分，根据期望还能够具备启动单元(未图示)。启动单元是在上升到预定高度的浮筒3伴随着水槽I内的排水而通过作用于自身的质量的重力下降时暂时帮助该动作的单元。例如，能够将以电磁铁介磁性整流子电动机为主体的单元电机等设为启动单元来使用。在该情况下，在图示的实施方式中，能够在启动单元上附设小直径的齿轮，并且使该齿轮与图I所示的转矩获取部71的第I齿轮71a啮合。另外，还能够根据期望将启动单元利用于支援供水时浮筒3的上浮。另夕卜，启动单元能够将本实施方式的发电电力的一部分预先充电于蓄电池，将该蓄电池设为电源而供电。但是，也允许根据期望而使用其他电源。第I实施方式中的水力发电装置的工作接下来，对图示的实施方式中的水力发电装置的工作进行说明。最初，当通过供排水单元2开始向水槽I内供水时，水槽I内的水位上升，收纳于内部的浮筒3漂浮于水面，伴随着水面的上升，浮筒3上升。在该上升时，浮筒3的浮力经由联动单元31使直线-旋转转换机构4的阴螺纹体42联动。此时，阴螺纹体42不旋转地向阳螺纹轴41的较长方向移动。在其移动时，浮筒3不旋转而通过其浮力向上推阴螺纹体42，进行直线运动，所以在阴螺纹体42上作用有基于浮力的较大的力。其结果，对直线运动·进行转换，使阳螺纹轴41以较大的转矩旋转。该旋转经由齿轮轴43、转矩获取部71、旋转方向切换部72以及增速器73即转矩传递部7而驱动发电机5，所以在浮筒3上升期间，水力发电装置持续进行第I发电工作。接下来，当通过供排水单元2开始水槽I内的排水时，水槽I内的水位下降，收纳于内部的浮筒3由于其质量而下降。另外，在排水时通过省略图示的控制电路，转矩传递部7的旋转方向切换部72对从动轴72e进行切换从而旋转方向不变。这样一来，在浮筒3下降时，作用于浮筒3的重力经由联动单元31使直线-旋转转换机构4的阴螺纹体42联动。此时，阴螺纹体42不旋转地向阳螺纹轴41的较长方向的与上升时相反的方向移动。在其移动时，通过作用于浮筒3的重力，阴螺纹体42相对于阳螺纹轴41向向下推的方向进行直线运动。此时，在阴螺纹体42上作用有作用于浮筒3的较大的重力。其结果，对直线运动进行转换，阳螺纹轴41以较大的转矩向与上升时相反的方向旋转。该旋转经由齿轮轴43、转矩获取部71、旋转方向切换部72以及增速器73即转矩传递部7向与上升时相同的方向驱动发电机5，所以在浮筒3下降期间，水力发电装置持续进行第2发电工作。以后，伴随着水槽I内的水位的交替上下运动，反复进行上面的工作，由此能够持续进行发电。另外，由于直线-旋转转换机构4配置于浮筒3的重心位置，上升以及下降中的浮筒3的摆动对发电工作的影响变少，并且整体机械平衡性良好。但是，直线-旋转转换机构4根据期望也能够配置于浮筒3的重心位置以外的位置，另外也能够将多个直线-旋转转换机构4以及发电单元⑶配置于浮筒3上。根据上面说明了的本发明的实施方式，水力发电装置的构造简单，直线运动向旋转运动的转换容易，可靠性高，并且能够根据发电容量的比例将装置小型化，所以能够制作从小型到大型具有所期望的发电容量的水力发电装置。因此，能够应对对于水力发电装置的发电容量的多样的要求。另外，如果是从IkW左右到1丽左右的比较小型的水力发电装置，则特别合适。另外，发电所用的水源允许为河水、自来水、井水、泉水或者海水等多样。进而，本实施方式的水力发电装置也能够使用于潮汐发电。水力发电装置的第2实施方式参照图7以及图8对本发明的水力发电装置的第2实施方式进行说明。另外，对于与图I至图6相同的部分标以相同的符号，省略说明。本实施方式构成为从水槽I的上下运动获取、利用转矩。而且,具备水槽I、水槽上下运动单元110、直线-旋转转换机构120以及转矩利用单元130。水槽I水槽I具备供排水单元2’，能够对水槽I的内部供水与将贮存于其内部的水向外部排出。因此,水槽I的包含贮存于其内部的水的整体质量会伴随供水以及排水而变化。水槽I允许具备上述以外的功能。例如，如图I所示的第I实施方式中那样，能够在水槽I内配设浮筒3。而且，将伴随着水槽I内的水位的上下运动而产生的浮筒3的上下运动转换成旋转运动而获取转矩，将该转矩设为发电的动力源。在图示的实施方式中，水槽I构成为，具备不妨碍其本身的上下运动的供排水单元2’而能够供水以及排水。但是，用于此的具体单元只要选择采用已知的各种单元即可，所以没有特别限定。例如，如图8所示，使用分别具备伸缩配管构造的供水管21’以及排水管22’构成供排水单元2’。另外，在本实施方式中，供水管21’以及排水管22’在与后述的一对泵装置P正交的方向上，在水槽I的底部夹着中心对称配置。
供水管21’具备从水槽I的底部向外部水密地延伸的外侧管21a’以及经由密封构造21c’能够进退地向该外侧管21a’的内侧嵌合的内侧管21b’。而且，内侧管21b’连接于水源(未图不)。排水管22’具备从水槽I的底部向外部水密地延伸的内侧管22a’以及经由密封构造22c’能够进退地向该内侧管22a’的外侧嵌合的外侧管22b’。而且，从外侧管22b’向外部进行排水。水槽上下运动单元110水槽上下运动单元110是根据伴随着向水槽I内的供水以及排水而产生的水槽I的质量变化使水槽I上下运动的单元。水槽I的上下运动，优选，以水槽I的上述整体质量变大时下降、在相反质量变小时上升而复位到原来位置的形态上下运动。在图示的实施方式中，水槽上下运动单元110构成为具备水槽保持体111以及复位机构112。水槽保持体111构成为，具备从外侧保持引导水槽I使得水槽I能够平滑地进行上下运动的导向部11 la、基底部11 Ib以及滑动单元111c。水槽导向部11 Ia是从外侧轻轻保持水槽I的呈筒状或者框状的部分。水槽I在水槽导向部Illa的内部上下运动。基底部Illb位置水槽导向部Illa的基部而支撑水槽保持体111。另外，在图示的实施方式中，构成为双层底构造，上底部A与水槽I的底部相对。另外，在下底部B与上底部A之间的空间内配置有后述的转矩利用单元130与直线-旋转转换机构120的一部分。滑动单元Illc是介于水槽导向部Illa的侧面与水槽I的侧面之间使水槽I的滑动良好的单元，通过将例如辊子支撑于水槽导向部Illa的内表面而构成。复位机构112是在通过供水使贮存于内部的水量增加使水槽I整体质量变大时水槽I下降之后、通过排水使水槽I整体质量变小时使水槽I上升而返回到原来的位置的机构。对复位机构112的其余结构没有特别限定。在图示的实施方式中，作为一例通过并用液压缸112a以及螺旋弹簧112b构成复位机构112。该复位机构112在水槽I的下表面与上底部A之间在水槽I周围配设适当数量的组，例如按90°的间隔均匀配置4组。另外，水槽I的底部为了接受并固定设置复位机构112的上端部，在上述上端部的接受部分形成有适当深度的凹陷部la。但是，复位机构112只要是在水槽I整体质量变大时水槽I下降之后、通过排水使水槽I整体质量变小时使水槽I上升返回到原来的位置的机构即可，所以能够理解其并不限定于上述实施方式。直线-旋转转换机构120
直线-旋转转换机构120是将水槽I的上下运动转换为旋转运动而获取转矩的机构。对直线-旋转转换机构120的其余结构没有特别限定。例如，优选，在水槽I的底部中心部配设直线-旋转转换机构120。在图示的实施方式中，直线-旋转转换机构120通过与第I实施方式中的将浮筒3的上下运动转换为旋转运动的直线-旋转转换机构4同样的机构构成。即，直线-旋转转换机构120将阳螺纹轴121以及阴螺纹体122设为主体而构成。而且，阴螺纹体122不能旋转地被固定于水槽I的底部，阳螺纹轴121由轴承121a能够旋转地支撑于水槽上下运动单元110的基底部111b，根据水槽I的上下运动而旋转。但是，根据期望也能够设为与第I实施方式的直线-旋转转换机构4相反的输入输出关系。返回到图示的实施方式继续进行说明。挖透水槽I的支柱12下部的中心部形成中空部12a，与中空部12a连通地将阴螺纹体122以水密关系配设于水槽I的底部中央。另夕卜，中空部12a的纵深尺寸确定为，与水槽I上下运动的最大移动距离相对应的阳螺纹轴121能够向中空部12a内部进入。阳螺纹轴121的下端由轴承21a旋转自如地固定于水槽保持体111的上底部A。因此，当水槽I上下运动时，阴螺纹体122与水槽I 一起沿着阳螺纹轴121的轴向移动，伴随于此阳螺纹轴121不改变上下方向的位置地旋转。因此，阳螺纹轴121的前端在水槽I内的中空部12a内进退。阳螺纹轴121的旋转在水槽I的上升时与下降时为互相相反方向。转矩利用单元130转矩利用单元130通过将由直线-旋转转换机构120转换为旋转运动而获取的转矩设为原动力而利用来工作。对转矩的利用形态没有特别限定。例如，能够将转矩直接用于使上吸泵等机械工作。另外，也能够驱动与第I实施方式中的发电机另行设置的发电机来发电。在图示的实施方式中，转矩利用单元130是具备旋转轴131、第I齿轮132、第2齿轮133、旋转方向切换部134、增速机135以及上吸泵136的泵装置P。另外，泵装置P能够共有旋转轴131以及第I齿轮132而配设多个，例如在图中配设有一对。旋转轴131与直线-旋转转换机构120的阳螺纹轴121 —体化，其下端由轴承131a旋转自如地固定。第I齿轮132固定装架于旋转轴131，齿宽相对较大。第2齿轮133固定装架于后述的旋转方向切换部134的驱动轴134a，并且齿宽比第I齿轮132窄，第I齿轮132的齿宽较宽，即使驱动轴134a在轴向上移位也一直与第I齿轮132啮合。旋转方向切换部134具备驱动轴134a、空气泵134b、液压泵134c、螺旋弹簧134d、一对反向伞齿轮134e、134f以及输出伞齿轮134g。驱动轴134a在图7中由一对轴承134al、134a2能够在上下方向上移位并且旋转自如地支撑。空气泵134b与水槽I的下降联动地向下推驱动轴134a。液压泵134c作为缓冲器而起作用。螺旋弹簧134d在水槽上升时当空气泵134b以及液压泵134c的施力消失时通过弹力使驱动轴134a向上方移位。一对反向伞齿轮134e、134f分离相对地固定装架于驱动轴134a。输出伞齿轮134g根据驱动轴134a的移位而与一对反向伞齿轮134e、134f的某一个啮合。
增速机135具备输入轴135a，将输出伞齿轮134g固定装架于输入轴135a。而且，能够从省略了图示的输出轴得到增速后的旋转。上吸泵136是由增速机135的输出驱动的泵，具备扬水管136a以及送水管136b。在本实施方式中，对上吸泵136的用途没有特别限定。但是，优选的用途是在为了发电在使用后将从水槽I排出了的水上吸而再次利用于发电。另外，该情况下的扬水能够适合于多种目的，例如还能够适用于发电容量较大的情况下的一般峰值负载时的发电，也能够适用于降低通常发电时水的使用量的目的。在将上吸泵136利用于扬水的情况下，如后所述从落差较低的集水部用扬水管136a扬水,通过上吸泵136加压而向送水管136b送出。然后,利用送水管136b向从水力发电装置看起来配设于高落差位置的集水部送水。这样一来，能够将来自集水部的高落差的水再次利用于发电。第2实施方式中的工作说明
在第2实施方式中，除了进行与利用伴随着向水槽I内的供水的水位上升时的浮筒3上升和伴随着排水的水位下降时的浮筒3下降的第I实施方式中同样的发电，还利用伴随着水槽I内水量增减所施加的水槽I整体质量增减的水槽I的上下运动而获取转矩，并利用该转矩。下面，详细进行说明。伴随着包含贮存于内部的水的水槽I整体质量在向水槽I内供水时逐渐增大，由于水槽上下运动单元110，水槽I下降。当水槽I下降时，直线-旋转转换机构120的阴螺纹体122与水槽I 一起下降，所以阴螺纹体122啮合的阳螺纹轴121向逆时针方向旋转。通过该旋转，第I齿轮132向相同方向从动旋转，啮合于第I齿轮132的第2齿轮133从动向顺时针方向旋转。另一方面，驱动轴134a由空气泵134b以及液压泵134c在图7中向下方推。因此，旋转方向切换部134的输出伞齿轮134g在图中与上侧的伞齿轮134e啮合。在水槽I的下降时第2齿轮133如上所述向顺时针方向旋转，所以通过该旋转，增速机135的输入轴135a经由驱动轴134a、伞齿轮134e以及输出伞齿轮134g向顺时针方向旋转而进一步增速，上吸泵136通过增速机135的输出而工作。接下来，当水槽I开始排水时，伴随着水槽I整体质量逐渐下降，由于水槽上下运动单元110，水槽I上升。当水槽I上升时，直线-旋转转换机构120的阴螺纹体122与水槽I 一起上升，所以阴螺纹体122啮合的阳螺纹轴121这次向顺时针方向旋转。通过该旋转，第I齿轮132向顺时针方向旋转，啮合于第I齿轮132的第2齿轮133从动向逆时针方向旋转。另一方面，驱动轴134a由于水槽I的上升而不受空气泵134b以及液压泵134c施力，所以由螺旋弹簧134d的弹力在图7中被向上方推。因此，旋转方向切换部134的输出伞齿轮134g在图中与下侧的伞齿轮134f啮合。因此，当第2齿轮133如上所述向逆顺时针方向旋转时，输出伞齿轮134g向与水槽I下降时相同的顺时针方向旋转，增速机135对该旋转进行增速而驱动上吸泵136。重要的是，上吸泵136在水槽I下降时以及上升时都工作。水力发电装置的第3实施方式参照图9对本发明的水力发电装置的第3实施方式进行说明。另外，对于与图7以及图8所示的水力发电装置的第2实施方式相同的部分标以相同的符号，省略说明。本实施方式为仅获取从水槽I的上下运动得到的转矩而发电的结构。而且，具备与第2实施方式的同样的水槽上下运动单元110以及直线-旋转转换机构120，并且具备构造简化了的水槽I与由发电机G构成的转矩利用单元130。水槽I具备省略了图示的供排水单元2’，并且具备从其底部内表面的中央立起的有底中空筒体16。上述供排水单元2与图8所示的构造相同。形成于上述有底中空筒体16内的中空部，一边维持水密关系一边贯通水槽I的底面而面对外部。另外,为了水维持密关系，允许存在后述的直线-旋转转换机构120的阴螺纹体121。另外，水槽I如后所述构造简化，所以能够根据期望与第I实施方式相比较减小深度尺寸。水槽上下运动单元110为与第2实施方式同样的结构。另外，转矩利用单元130，将上吸泵136置换为发电机136以外的结构与第2实施方式相同。另外，符号Illd是覆盖水槽导向部Illa开放端部的上盖。
水力发电装置的第4实施方式参照图10对本发明的水力发电装置的第4实施方式进行说明。本实施方式在第I实施方式的结构之外，具备发电控制单元GC，其进行控制使得在浮筒3上升以及下降工作的预定区间内不发电。在图I所示的第I实施方式中，能够在浮筒3上升以及下降工作的整个区间内发电。然而，从已经叙述的说明中能够明白，即使在不限于整个区间内的发电而是在浮筒3上升以及下降工作的一部分区间不发电的方式，本发明的本质也不会有任何变化。因此，在本实施方式中，采用如下结构通过发电控制单元GC进行控制，使得在浮筒3上升工作区间或者浮筒3下降工作区间等期望的一部分区间内不发电、而在剩余的区间内发电。发电控制单元GC发电控制单元GC只要是进行控制使得在浮筒3上升以及下降工作的预定区间内不发电的单元即可，因此关于为此的具体结构没有特别限定。为了使发明的理解变得容易，如果要例示发电控制单元GC的具体结构，则如下所述，如从该例示明了地那样，能够理解到能够采用多样的结构。(I)构成为，在上述预定区间，能够使直线-旋转转换机构4失效，浮筒3自由上升或者下降。S卩，通过使直线-旋转转换机构4失效，即使浮筒3上升或者下降，直线-旋转转换机构4也不会产生转矩，所以发电机5不会被驱动。(2)构成为，在上述预定区间，使直线-旋转转换机构4与发电机5之间的转矩传递停止。即，伴随着浮筒3上升或者下降，直线-旋转转换机构4产生转矩，但该转矩不会到达发电机5，所以发电机5不会被驱动。后述的图示实施方式是本结构的一例。(3 )构成为，在上述预定区间，使发电机5无负载运转。即，将发电机5从负载电路切断。由此，从负载电路看，水力发电装置不发电。在图10所示的实施方式中，发电控制单元GC，直线-旋转转换机构4的阳螺纹轴41与齿轮轴43分离，并且在介于阳螺纹轴41与齿轮轴43之间的标注了符号45的部件的内部，内装有阳螺纹轴41的上部的轴承以及发电控制单元GC。而且，发电控制单元GC由电磁离合器构成，能够对阳螺纹轴41与齿轮轴43的结合/分离进行切换。即，若电磁离合器被加载，则阳螺纹轴41与齿轮轴43结合，若被卸载则分离。如果控制发电控制单元GC而使阳螺纹轴41与齿轮轴43结合，则阳螺纹轴41的转矩向齿轮轴43被传递。与此相对，如果控制发电控制单元GC而使阳螺纹轴41与齿轮轴43分离时，阳螺纹轴41的转矩不向齿轮轴43被传递。因此，如果在浮筒3上升以及下降时的期望的区间将发电控制单元GC的电磁离合器卸载，则即使阳螺纹轴41旋转也不进行发电。另外，为了使发电控制单元GC与浮筒3的运动联动地工作，通过例如省略图示的传感器等检测单元检测浮筒3的移动方向以及位置，在判定为浮筒3的移动方向以及位置到达预定区间时，能够如上所述那样使发电控制单元GC工作，使其不发电。接下来，对所述预定区间为浮筒3上升时即第I形态与同样为下降时即第2形态中的水力发电装置的其他结构以及效果进行说明。第I形态中的结构以及效果供排水单元2能够增加(提高)向水槽I内的每单位时间的供水量(供水速度)加·快水槽I内的水位上升。若提高供水速度，则水槽I内的水的运动容易紊乱，在浮筒3为比较小型且其与水接触的面积小时容易受到影响。其结果，浮筒3恐会在上升时摆动导致直线-旋转转换机构4不能平滑地进行转换动作并且/或者直线-旋转转换机构4的耐久性下降。另外，在浮筒3大的情况下，其质量也变大，所以即使水槽I内的水的运动紊乱也难以受其影响。与此相对，在第I形态中，在浮筒3上升时在直线-旋转转换机构4上没有作用发电所产生的负载，因此浮筒3变得自由，难以产生上述的不良情况。浮筒3在其下降时通过其重量而产生利用于发电的转矩，所以即使浮筒3为比较小型，为了得到大的转矩，优选将质量设定得尽可能大。另外，浮筒3的质量能够在浮筒3漂浮于水的范围内设定得较大。根据第I形态，即使在浮筒3上升时伴随着供水而产生水的运动的紊乱，因为在该区间内不发电，所以对浮筒3、直线-旋转转换机构4以及发电机5的影响难以产生实用上的问题，所以能够将浮筒3以及水槽I小型化而提供紧凑的小功率用的水力发电装置。第2形态中的结构以及效果在第2形态中，在水槽I内水位上升时经由漂浮于水面的浮筒3产生用于发电的转矩，在下降时不发电。因此，为了在发电时得到大转矩，浮筒3的质量几乎不产生影响，只要作用于浮筒3的水的浮力大即可。因此，浮筒3也可以为轻量，只要将其与水接触的面积设定得较大，就能够在水位上升时将水的大浮力转换成转矩。另外，浮筒3的质量只要为浮筒3能够通过自重而下降的程度即可。根据第2形态，能够减小浮筒3的质量，所以能够提供轻量且移动容易的水力发电
>J-U ρ α装直。水力发电装置的第5实施方式参照图11至图13对本发明的水力发电装置的第5实施方式进行说明。另外，对于与图I相同的部分标以相同的符号，省略说明。本实施方式构成为，通过液体得到浮筒3下降时的发电所需要的质量，并且通过气体得到浮筒3上升时的发电所需要的浮力。另外，即使水槽I的横截面积与浮筒3的横截面积相比较没有那样大，也不会妨碍浮筒3，具备考虑了能够从浮筒3的上方向水槽I内供水并且供水时水的紊乱减少的供水单元2Α以及考虑了扬水的排水单元2B。进而，发电机5的转矩传递部7的结构简化。浮筒3浮筒3中，第I外围器33以及第2外围器34结合为一体。第I外围器33具有能够在其内部以使浮筒3整体的质量变为浮筒3下降时的发电所需要的期望值的量来内装液体例如水的容积。换而言之,构成为浮筒3的质量以相当大的比例由注入内部的水确定。第2外围器34具有能够在其内部以使为浮筒3的浮力变为浮筒3上升时的发电所需要的期望值的量来密封气体例如大气的容积。因此，能够容易且廉价地实现使浮筒3下降时与上升时的发电量相等。另外，通过在第I外围器33配设开闭阀，能够在制作、保管以及运输时预先将内部的水排出。因此，能够实现水力发电装置的轻量化以及运输的方便。另外，通过在第2外围器34也配设开闭阀，能够使少量的水进入内部等等，来调整浮筒3的浮力。另外，浮筒3优选如图11所示，第I外围器33以及第2外围器34直接接合，并且第2外围器34位于第I外围器33之下而结合为一体，但也可以根据期望隔着适当的中间 部件而分离地结合为一体。在图示的实施方式中，浮筒3的第I外围器33以及第2外围器34的外形为同一形状。另外，因为水槽I呈圆筒状的关系，浮筒3的外形呈圆盘状，在两者之间存在适当的间隙。进而，浮筒3能够使用适当的材料而形成。例如，能够使用FRP(强化塑料)、金属、陶瓷材料以及木材等。但是，为了提高发电效率，浮筒3优选为轻量，因此优选将FRP、轻金属以及SUS (不锈钢)为主材料，而且在允许范围内形成为薄壁。另外，在用于FRP的强化纤维中，能够使用玻璃、碳以及金属氧化物等无机质纤维。另外，作为轻金属能够使用铝(Al)、钛(Ti)以及镁(Mg)或者作为成分包含其中的I种或者几种的合金。另外，浮筒3以适当数量形成有与其内部液密地切断而贯通上下的贯通孔3a。在图示的实施方式的情况下，沿着将直线-旋转转换机构4设为中心的圆周按90°的间隔形成有4个贯通孔3a。而且，在这些贯通孔3a内能够自由地相对移动地插通有供水管21。供水单元2A供水单元2A具备供水管21、上部罐23、电磁阀24以及水位传感器S。上部罐23在水槽I的上部与水槽I配设为一体，在从外部未图示的水源经由流入管23a向水槽I供水之前预先贮存有水。从上部罐23的底部经由电磁阀24向下方延伸地向水槽I的内部插入有供水管21。而且，供水管21的顶端位于与水槽I的底部接近的位置。因此，能够抑制供水时水的紊乱。水位传感器S是为了控制水槽I内的水位而向内部导入预定量的水而配设，例如安装于供水管21的外表面。另外，相对于上部罐23的导入用水的获取，即使在水向水槽I的导入、发电以及排出的各工序中也能够连续地持续。因此，相对于上部罐23的导入用水的每单位时间的供给量较小也没关系。排水单元2B排水单元2B具备下部罐25以及电磁阀26。下部罐25是暂时贮存从水槽I排出的水的单元，容易通过未图示的泵向外部释放或者扬水而再次利用。另外，符号25a是排出管。电磁阀26在将水槽I内排水时打开(开)，在供水时关闭(闭)。直线-旋转转换机构4直线-旋转转换机构4配设于水槽I内，其阳螺纹轴41的下端由轴承46固定于水槽I的底部优选为重心位置，上端由轴承45固定于水槽I的上盖11。另外，在上部罐23的底部外表面由轴承46旋转自如地固定有从阳螺纹轴41的上端向上方一体延伸的带轮轴43’。带轮轴43’的下部构成为能够由电磁制动器47约束其旋转。一对阴螺纹体42分别固定于浮筒3的上部以及下部。进而，为了将直线-旋转转换机构4从水屏蔽开，而配设有水屏蔽单元43。水屏蔽单元43使用一对，一方在上部的阴螺纹体42与轴承45之间与外部水密地包围阳螺纹轴41。另外，另一方在下部的阴螺纹体42与轴承46之间水密地包围阳螺纹轴41。在图示的实施方式中，作为水屏蔽单元43使用波纹管，但并不限定于此，能够使用其他的可动防水单元，例如水密伸缩单元等。转矩传递部7
转矩传递部7由转矩获取部71、旋转方向切换部72以及增速器73构成。(转矩获取部71)转矩获取部71由带轮轴43’、第I带轮71a’以及第2带轮71b’、正时带71c’、旋转轴71d’以及齿轮71e’、71f’构成。第I带轮71a’装架于带轮轴43’。第2带轮71b’装架于与带轮轴43’分离的旋转轴71d’，经由正时带71c’与第I带轮71a’联动。在旋转轴71d’上，装架有齿轮71e’、71f’。(旋转方向切换部72以及增速器73)旋转方向切换部72以及增速器73为与第I实施方式同样的结构。根据上面说明了的第5实施方式，构成为增大浮筒3的第2外围器34的容积使浮筒3上升时的浮力变大，并且同样增大第I外围器33的容积，向其内部注入水等液体使浮筒3的质量按期望增大，所以在浮筒3上升时以及下降时都能进行大致同等的发电。另外，在浮筒3的质量设定中使用水等液体，所以廉价而且容易，并且在输送等不需要时能够将浮筒3内的液体排出，所以能够实现轻量化。另外，只要在水槽I内的排水时以水位比浮筒3更快下降的方式排水，即使向外围器第I外围器33注入液体也能够使期望的质量作用于直线-旋转转换机构4。水力发电装置的第6实施方式参照图14对本发明的水力发电装置的第6实施方式进行说明。另外，对于与图11相同的部分标以相同的符号，省略说明。本实施方式是将浮筒3的第2外围器34的容积与第5实施方式相比较减小了的实施方式。将该容积减小的程度设定为，浮筒3漂浮于水槽I内的水面而伴随着水面的上升而上升，但不能进行实质的发电。因此，本实施方式适于仅在浮筒3下降时发电的形态的情况。根据第6实施方式，浮筒3的第2外围器34的容积较小，所以能够整体减小浮筒3。其结果，能够小型且廉价地提供水力发电装置。另外，在将浮筒的大小维持为一定的情况下，能够相对增大浮筒3的第I外围器33的容积，所以能够增大浮筒3下降时的发电量。进而，通过根据期望除了电磁制动器47以外还使未图示的电磁离合器介于阳螺纹轴41与带轮轴43’之间，或者对上述电磁制动器47追加上述功能要素，从而能够在浮筒3上升期间将直线-旋转转换机构4设为自由，使浮筒3的上升平滑且迅速。水力发电装置的第7实施方式参照图15对本发明的水力发电装置的第7实施方式进行说明。另外，对于与图11相同的部分标以相同的符号，省略说明。本实施方式构成为，浮筒3为薄壁而且内部保持中空的状态使用。在本实施方式中，为上述结构，所以能够使浮筒3的浮力非常大，所以浮筒3在与水位一起上升时，能够向直线-旋转转换机构4施加大转矩。因此，能够利用大转矩来增大发电量。与此相对，浮筒3在与水位一起下降时，因为浮筒3的质量小，所以即使直线-旋转转换机构4旋转也不会产生发电所需的转矩。另外，通过装备第6实施方式中的那样的电磁离合器，在浮筒3下降时解除电磁离合器而将直线-旋转转换机构4设为自由，从而能够平滑且迅速地进行浮筒3的下降。水力发电系统的第I实施方式下面参照图16以及图17对本发明的水力发电系统的第I实施方式进行说明。在本实施方式中，通过将参照图I至图6说明了的一对第I水力发电装置即WGl以及WG2的 水路纵列连接，构成水力发电系统的基本配置。另外，根据期望能够进一步并联以及/或者串联连接多个基本配置。S卩，在图16中，在位于上游的集水部8确保发电所使用的水量，在距集水部8能够得到所需要的落差(或者水压)的位置配设有第I水力发电装置WG1，将其排水管22al经由水路连接于集水部8。另外，在距第I水力发电装置WGl的供水管21al得到所需要的落差(或者水压)的位置配设有第2水力发电装置WG2，将其供水管21a2经由水路连接于第I水力发电装置WGl的排水管22al。进而，构成为将从第2水力发电装置WG2的排水管22a2流出的排水的至少一部分经由泵9以及扬水管10扬水到集水部8。接下来，参照图16、图17以及图I对水力发电系统的工作进行说明。从图16的集水部8供给的水在图17的时间t0开始从第I水力发电装置WGl的供水管21al向水槽I内供水。由此在图I中水槽I内的水位上升，浮筒3开始上升，发电进行到时间tl为止。当变为时间tl时，停止供水，接下来开始排水。由此浮筒3开始下降，所以排水时的发电进行到时间t2为止。另外，与此同时，第I水力发电装置WGl的排水经由水路从第2水力发电装置WG2的供水管22al向该水槽I内供水，在第2水力发电装置WG2进行由浮筒3上升而进行的供水时的发电到时间t2为止。当变为时间t2时，在第I水力发电装置WG1，再次从图16的集水部8向水槽I内供水，所以进行供水时的发电到图17的时间t3为止。与此同时，在第2水力发电装置WG2，停止供水，接下来切换到排水，所以进行排水时的发电到时间t3为止。进而，来自第2水力发电装置WG2的排水的一部分由泵9以及扬水管10扬水而向集水部8供给。这样在本实施方式中，发电所使用的水的一部分循环再次利用，所以能够降低用于发电所消耗的水量。因此，通过使用高效的泵9，能够尽可能减少发电功率的降低，并且增加能够从水力发电系统获取的功率。如从上面的说明能够理解到地那样，第I水力发电装置WGl与第2水力发电装置WG2构成为，各自的供排水定时互相错开地进行运行，由此能够将第I水力发电装置WGl的排水直接利用为第2水力发电装置WG2的供水。在本实施方式中，将由泵9将来自第2水力发电装置WG2的排水的至少一部分扬水到集水部8的水循环使用于发电。因此，能够节减水力发电所使用的水量。另外，用于驱动泵9的功率能够使用第2水力发电装置WG2发出的电力。但是，根据期望，也允许使用从其他系统得到的电力。另外，根据本水力发电系统，也可以将河的上游和/或例如自来水系统中的水塔设为集水部8，在河下游和/或连接于水塔的自来水管道设置水力发电装置WGl、WG2。另外，在自来水系统的情况下，只要是与所需要的落差相应的水压，即使不是实际的落差，本发明的水力发电系统也会正常工作，所以没有特别的问题。水力发电系统的第2实施方式参照图18对水力发电系统的第2实施方式进行说明。另外，对于与图16相同的部分标以相同的符号，省略说明。本实施方式与第I实施方式的不同点是构成为，将来自第2水力发电装置WG2的排水暂时贮存于第2集水部8B，由泵9将贮存于该第2集水部8B的排水扬水到位于落差高的位置的第I集水部8A。 根据本实施方式，即使不是第2水力发电装置WG2的排水工序的时间段也能够扬水，所以能够以比较小容量的泵P进行所期望的量的扬水。另外，如果使用第2实施方式的水力发电装置所具备的泵装置P来扬水，则不需要为了扬水而使用电力。进而，根据期望在第2实施方式的水力发电装置中，能够代替泵装置P而装备发电机，并且将扬水用的泵配设于集水部或其附近，使用由上述发电机产生的电力来驱动泵装置P。由此，对于泵装置P的配管简化，并且/或者对于泵的配设位置的自由度提高。水力发电系统的第3实施方式参照图19以及图20对本发明的水力发电系统的第3实施方式进行说明。本实施方式如果概略说明，则将多台参照图11说明了的第5实施方式的水力发电装置例如图示的3台，使用其主要部分以水流串联的方式直接连结，由多台水力发电装置构成紧凑且工作没有浪费的水力发电系统。S卩，在图19中，符号LGl表示第I级水力发电装置，同样符号LG2表示第2级水力发电装置，符号LG3表示第3级水力发电装置。第I级水力发电装置LGl，如在与图11的对比中能够理解地那样，将下部箱25卸下。第2级水力发电装置LG2将上部箱23以及下部箱25都卸下。第3级水力发电装置LG3将上部箱23卸下。第I级水力发电装置LGl将来自上部箱23的水最初导入水槽I，最初开始发电。另外，第I级水力发电装置LGl的水槽I底部与第2级水力发电装置LG2的上部箱23底板部直接接合。伴随于此，将第I级水力发电装置LGl的水槽I底部的电磁阀26卸下，但第2级水力发电装置LG2的电磁阀24还兼具电磁阀26的功能。因此，在第I级水力发电装置LGl中，若水槽I进行排水，则其立即对第2级水力发电装置LG2的水槽I供水。其结果，对于水槽I的水的导入变快，所以导入时产生的发电的休止时间变短。第2级水力发电装置LG2中，接着导入在第I级水力发电装置LGl中发电后的水，第2个进行发电。另外，第3级水力发电装置LG3的电磁阀24，为与第I级水力发电装置LGl中的与第2级水力发电装置LG2的接合同样的结构，兼具第2级水力发电装置LG2的电磁阀26的功能。因此，其作用以及效果也与上述相同。第3级水力发电装置LG3中，接着导入在第2级水力发电装置LG2中发电后的水，最后进行发电。另外，由于与上述同样的理由，来自第2级水力发电装置LG2的排水立即被导入第3级水力发电装置LG3的水槽I内，所以起到与上述相同的作用、效果。当接着水槽I下降时而后上升时进行的发电结束时，电磁阀26打开(开)而将水向下部箱25内排出，所以向外部排水。接下来，参照图20所示的定时图对水力发电系统的第3实施方式中的动作的定时进行说明。在该例中，为了说明的方便，相对于下降以及上升时间，将向水槽I供水的时间设为其1/3，但通过增加每单位时间的供水量，实际上能够进一步缩短。另外，在图20中，第I行中，“S”表示3台液体力发电装置中的级数，时间都相等的单位时间1-27表示时间经过的顺序。第I列的“级”表示液体力发电装置的级，数字I 3表示级数。在第2列中，“供水”表示对于水槽I的水的导入工序，“发电(上升)”表示在进行了供水的水槽I上升时进行发电的工序，“发电(下降)”表示在排水了的水槽I的下降时进行发电的工序，“前排水/供水”表示前级中的水槽I的排水与本级中的供水同时进行的工序，“排水”表示向最终级(第3级)中的下部箱25的排水。“发电台数”表示单位时间中 的3台中的发电台数，“发电率(％)”表示单位时间1-27中的发电时间的％。记入位于单位时间1-27的列与供水-排水的行的交点处的栏中的“箭头”表示供水/排水的工序，“〇”表示发电的工序。因此，如果在发电工序中〇为3个连续，则表示进行单位时间X3倍的时间的发电。如从图20能够理解地那样，3台水力发电装置LG1、LG2、LG3在从供水开始到排水结束的各工序中一直而且同时进行发电工作，所以能够得到连续的电力。另外，在浮筒3从上升向下降转移时发电输出容易瞬时下降乃至断掉，但某级水力发电装置处于上述转移时他级水力发电装置处于上升或者下降途中，进行稳定的发电，所以对整体发电的影响小。如在上面说明了地那样，水力发电系统的第3实施方式，是除了反复进行上述工作外，还将多级水力发电装置LG串联直接连结而成的结构，所以具有其工作所需要的水的所需落差显著较低也可的优点。另外，具有不需要为了对第I级水力发电装置LGl进行供水而付与特别的落差这一简便性的特征。而且，以I次供水进行多级连续发电，所以具有能够得到高的发电效率与稳定的发电功率的优异的优点。
权利要求
1.一种水力发电装置，其特征在于，具备水槽(I)，其能够供水以及排水；浮筒(3)，其配设成在水槽(I)内漂浮，随着伴随向水槽(I)内的供水以及排水而产生的水面变动，上升以及下降；直线-旋转转换机构(4)，其将浮筒(3)的直线运动转换成旋转运动；和发电机(5)，其由直线-旋转转换机构(4)的旋转运动驱动而发电，所述直线-旋转转换机构(4)构成为，具备阳螺纹轴(41)以及螺纹结合于阳螺纹轴 (41)的阴螺纹体(42 )，阳螺纹轴(41)旋转自如地被支撑，阴螺纹体(42 )与浮筒(3 )上升以及下降时的直线运动联动、且通过其联动时的直线移位使阳螺纹轴(41)旋转，所述发电机(5)由阳螺纹轴(41)的旋转来驱动。
2.如权利要求I所述的水力发电装置，其特征在于浮筒(3)具备向水槽(I)外延伸的联动单元(31)，直线-旋转转换机构(4)配设于水槽(I)外部，并且阴螺纹体(42)配设于浮筒(3)的联动单元(31)。
3.如权利要求I或2所述的水力发电装置，其特征在于浮筒(3)相对于水槽(I)不旋转，直线-旋转转换机构(4)配设于浮筒(3)的重心位置附近。
4.如权利要求I至3中的任意一项所述的水力发电装置，其特征在于，具备水槽上下运动单元(110)，其根据伴随着向水槽(I)内的供水以及排水而产生的水槽(I)质量变化，使水槽(I)上下运动；第2直线-旋转转换机构(120)，其将水槽(I)的上下运动转换为旋转运动而获取转矩；和转矩利用单元(130)，其利用由第2直线-旋转转换机构(120)转换为旋转运动而得到的转矩来工作。
5.如权利要求I至4中的任意一项所述的水力发电装置，其特征在于具备进行控制使得在浮筒(3)上升以及下降工作的预定区间内不发电的发电控制单元 (GC)。
6.如权利要求I至5中的任意一项所述的水力发电装置，其特征在于浮筒(3)具备第I外围器(33)以及于结合于第I外围器(33)下部的第2外围器(34)， 向第I外围器(33)内注入有液体，向第2外围器(34)内注入有气体。
7.一种水力发电系统，其特征在于具备成对的权利要求I至6中的任意一项所述的水力发电装置(WG1)、(WG2)，在将成对的水力发电装置(WG1)、(WG2)中的一方设为第I水力发电装置(WG1)，将另一方设为第2 水力发电装置(WG2)时，第2水力发电装置(WG2)的供水部隔开能够供水的落差而连接于第 I水力发电装置(WGl)的排水部，使泵(P)介于第2水力发电装置(WG2)的排水部与第I水力发电装置(WGl)的供水部侧之间以将来自第2水力发电装置(WG2)的排水的至少一部分向第I水力发电装置(WGl)循环供水，并且将供排水定时互相错开地使第I水力发电装置 (WGl)以及第2水力发电装置(WG2)运行。
8.一种流体力发电系统，其特征在于构成为，多个权利要求I至6中的任意一项所述的水力发电装置将水槽直接连结，进行多级发电。
全文摘要
本发明提供通过漂浮于水槽内的水面的浮筒与将浮筒的直线运动转换成旋转运动的直线-旋转转换机构的新组合、构造简单而且容易适应多样的水源以及多样的发电能力的水力发电装置以及使用其的水力发电系统。水力发电装置具备水槽、浮筒、直线-旋转转换机构以及发电机。水槽能够进行其内部的供水以及排水。浮筒配设成在水槽内漂浮，随着伴随向水槽内的供水以及排水而产生的水面变动，上升以及下降。直线-旋转转换机构具备阳螺纹轴以及阴螺纹体。阳螺纹轴旋转自如地被支撑，阴螺纹体螺纹结合于阳螺纹轴而与浮筒上升以及下降时的直线运动联动，且通过其联动时的直线移位使阳螺纹轴旋转。发电机由阳螺纹轴的旋转来驱动。
文档编号F03B13/00GK102926914SQ20121028328
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者篠原徹 申请人:篠原徹