知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6249543
(24)【登録日】2017年12月1日
(45)【発行日】2017年12月20日
(54)【発明の名称】流体機械
(51)【国際特許分類】
F03C 2/02 20060101AFI20171211BHJP
F04D 3/02 20060101ALI20171211BHJP
【ＦＩ】
F03C2/02 Z
F04D3/02 C
【請求項の数】10
【全頁数】39
(21)【出願番号】特願2017-153413(P2017-153413)
(22)【出願日】2017年8月8日
【審査請求日】2017年8月9日
(31)【優先権主張番号】特願2017-97762(P2017-97762)
(32)【優先日】2017年5月16日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】515006814
【氏名又は名称】株式会社ＷＧＥ
(74)【代理人】
【識別番号】100106378
【弁理士】
【氏名又は名称】宮川 宏一
(72)【発明者】
【氏名】田中 昭次
(72)【発明者】
【氏名】寺山 宜男
【審査官】
鈴木 貴雄
(56)【参考文献】
【文献】
特許第６１３０９６５（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
特開２００２−０３９０４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−３０７８４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００９／１３０７９８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−０９６０４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特許第４５５８０５５（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】
特公平０７−０３３８４０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】
特開２００８−０２５４６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭４９−０８３９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５５−０６０６８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−０６８７５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０３８６５５２４（ＵＳ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００６／１０２６９６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０３Ｃ ２／０２
Ｆ０４Ｄ ３／０２
Ｆ０３Ｂ ３／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
設置状態で見て、流水を上部から流入させると共に、上部から流入した流水が下部に流れ落ちるにつれて当該流水を増圧していく流水増圧装置と、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置と、
前記２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置と、を有し、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の圧力を利用して前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電する流体機械であって、
前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の下端面には、互いに近接した２つの増圧流水吐出口が少なくとも一対備わり、前記下端面には、この増圧された流水吐出口を除いて前記流水増圧装置の内部において液密状態を保つように閉塞しており、
前記２軸回転装置は、２軸回転駆動用シリンダと、当該２軸回転駆動用シリンダに収容され回転軸がこの２軸回転駆動用シリンダから液密状態でそれぞれ突出した第１の回転ピストン及び第２の回転ピストンを有し、前記２軸回転駆動用シリンダは、前記第１及び第２の２つの回転ピストンを収容する回転ピストン収容空間を有すると共に、
前記流体機械の設置状態で見て、前記２軸回転駆動用シリンダの上面には互いに近接した２つの増圧流水流入口が少なくとも一対備わり、かつ前記２軸回転駆動用シリンダの下面には互いに近接した２つの減圧流水排出口が少なくとも一対備わり、
前記流水増圧装置の下端面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水吐出口のそれぞれは、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水流入口のそれぞれに液密状態で連通しており、
前記回転ピストン収容空間は、平面視で２つの円の一部が重なり合った輪郭を有する空間として形成され、
前記２つの回転ピストンはそれぞれ、所定の厚さを有し、外周面が平面視で曲率半径の大きい大径外周面と曲率半径の小さい小径外周面とこれらをそれぞれ繋ぐ第１の接続周面及び第２の接続周面とから構成された平面視異形半月形からなり、
前記２つのピストンの大径外周面は、それぞれ前記回転ピストン収容空間の内周面に液密に接する曲率半径を有し、かつ前記第１の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第２の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有すると共に、前記第２の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第１の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有しており、
前記２つの回転ピストンのそれぞれの回転軸は、前記流体機械の設置状態で見て、回転ピストンの回転中心と同心となって前記２軸回転駆動用シリンダの下面から下方に突出しており、
前記２本の回転軸にはそれぞれ互いに噛合したギアが備わり、この２つのギアの噛合により、回転軸の回転角度に応じて、前記２軸回転駆動用シリンダの回転ピストン収容空間内において、前記一方の回転ピストンの大径外周面と前記他方の回転ピストンの小径外周面とが液密状態を保つように線接触するか、前記一方の回転ピストンの小径外周面と前記他方の回転ピストンの大径外周面とが液密状態を保つように線接触する選択的状態を保つようになっており、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて、前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち一方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち一方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各一方の増圧流水流入口と一方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わり、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち他方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち他方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各他方の増圧流水流入口と他方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わっており、
これによって、前記２軸回転装置が、前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間と前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間への増圧流水の流入と減圧流水の排出を所定の時間差で共に行うようになった開閉弁機能を有するようになっており、かつ
前記第１の回転軸か前記第２の回転軸の何れか一方に、発電装置を駆動する伝達機構が備わっていることを特徴とする流体機械。
前記流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置と、
前記２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置と、を有し、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の圧力を利用して前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電する流体機械であって、
前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の下端面には、互いに近接した２つの増圧流水吐出口が少なくとも一対備わり、前記下端面には、この増圧された流水吐出口を除いて前記流水増圧装置の内部において液密状態を保つように閉塞しており、
前記２軸回転装置は、２軸回転駆動用シリンダと、当該２軸回転駆動用シリンダに収容され回転軸がこの２軸回転駆動用シリンダから液密状態でそれぞれ突出した第１の回転ピストン及び第２の回転ピストンを有し、前記２軸回転駆動用シリンダは、前記第１及び第２の２つの回転ピストンを収容する回転ピストン収容空間を有すると共に、
前記流体機械の設置状態で見て、前記２軸回転駆動用シリンダの上面には互いに近接した２つの増圧流水流入口が少なくとも一対備わり、かつ前記２軸回転駆動用シリンダの下面には互いに近接した２つの減圧流水排出口が少なくとも一対備わり、
前記流水増圧装置の下端面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水吐出口のそれぞれは、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水流入口のそれぞれに液密状態で連通しており、
前記回転ピストン収容空間は、平面視で２つの円の一部が重なり合った輪郭を有する空間として形成され、
前記２つの回転ピストンはそれぞれ、所定の厚さを有し、外周面が平面視で曲率半径の大きい大径外周面と曲率半径の小さい小径外周面とこれらをそれぞれ繋ぐ第１の接続周面及び第２の接続周面とから構成された平面視異形半月形からなり、
前記２つのピストンの大径外周面は、それぞれ前記回転ピストン収容空間の内周面に液密に接する曲率半径を有し、かつ前記第１の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第２の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有すると共に、前記第２の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第１の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有しており、
前記２つの回転ピストンのそれぞれの回転軸は、前記流体機械の設置状態で見て、回転ピストンの回転中心と同心となって前記２軸回転駆動用シリンダの下面から下方に突出しており、
前記２本の回転軸にはそれぞれ互いに噛合したギアが備わり、この２つのギアの噛合により、回転軸の回転角度に応じて、前記２軸回転駆動用シリンダの回転ピストン収容空間内において、前記一方の回転ピストンの大径外周面と前記他方の回転ピストンの小径外周面とが液密状態を保つように線接触するか、前記一方の回転ピストンの小径外周面と前記他方の回転ピストンの大径外周面とが液密状態を保つように線接触する選択的状態を保つようになっており、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて、前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち一方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち一方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各一方の増圧流水流入口と一方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わり、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち他方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち他方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各他方の増圧流水流入口と他方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わっており、
これによって、前記２軸回転装置が、前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間と前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間への増圧流水の流入と減圧流水の排出を所定の時間差で共に行うようになった開閉弁機能を有するようになっており、かつ
前記第１の回転軸か前記第２の回転軸の何れか一方に、発電装置を駆動する伝達機構が備わっていることを特徴とする流体機械。
【請求項2】
流水を導入する所定高さの位置に配置された上部流水タンクと、
前記上部流水タンクに流水を流入する流水導入部と、
前記上部流水タンクから流出した流水を増圧する流水増圧装置と、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置と、
前記２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置と、を有し、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の圧力を利用して前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電する流体機械であって、
前記流体機械は、設置状態で見て前記流水導入部を備えた前記上部流水タンクが最上部に位置し、鉛直方向に立設した前記流水増圧装置の上端部には前記上部流水タンクが接続固定され、前記流水増圧装置の下端部には前記２軸回転装置を挟んで前記発電装置が接続固定され、
前記流水増圧装置は、筒状の流水増圧シリンダと、当該流水増圧シリンダと同心に取り付けられ当該流水増圧シリンダと独立して回転可能な流水増圧シャフトと、前記流水増圧シリンダの内部であって前記流水増圧シャフトの一方の端部から他方の端部まで設けられた螺旋翼からなり、
前記筒状の流水増圧シリンダと前記流水増圧シャフトと前記螺旋翼との間で前記流水増圧装置の長手方向に亘って流路全体が螺旋状をなす螺旋状流水流路が形成され、かつその流路断面積は、前記上部流水タンクが接続された端部から前記２軸回転装置が接続された端部に向かって徐々に小さくなるように形成され、
前記上部流水タンクから前記流水増圧装置の上端部に接続された流水が当該流水増圧装置の螺旋状流水流路の上側入口に導入され、前記螺旋状流水流路を流れることで前記流水増圧装置の下端部から当該流水増圧装置によって増圧された流水として前記２軸回転装置の駆動用空間に流入するようになっており、
前記増圧された流水の圧力によって前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電するようになっており、
前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の下端面には、互いに近接した２つの増圧流水吐出口が少なくとも一対備わり、前記下端面には、この増圧された流水吐出口を除いて前記流水増圧装置の内部において液密状態を保つように閉塞しており、
前記２軸回転装置は、２軸回転駆動用シリンダと、当該２軸回転駆動用シリンダに収容され回転軸がこの２軸回転駆動用シリンダから液密状態でそれぞれ突出した第１の回転ピストン及び第２の回転ピストンを有し、前記２軸回転駆動用シリンダは、前記第１及び第２の２つの回転ピストンを収容する回転ピストン収容空間を有すると共に、
前記流体機械の設置状態で見て、前記２軸回転駆動用シリンダの上面には互いに近接した２つの増圧流水流入口が少なくとも一対備わり、かつ前記２軸回転駆動用シリンダの下面には互いに近接した２つの減圧流水排出口が少なくとも一対備わり、
前記流水増圧装置の下端面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水吐出口のそれぞれは、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水流入口のそれぞれに液密状態で連通しており、
前記回転ピストン収容空間は、平面視で２つの円の一部が重なり合った輪郭を有する空間として形成され、
前記２つの回転ピストンはそれぞれ、所定の厚さを有し、外周面が平面視で曲率半径の大きい大径外周面と曲率半径の小さい小径外周面とこれらをそれぞれ繋ぐ第１の接続周面及び第２の接続周面とから構成された平面視異形半月形からなり、
前記２つのピストンの大径外周面は、それぞれ前記回転ピストン収容空間の内周面に液密に接する曲率半径を有し、かつ前記第１の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第２の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有すると共に、前記第２の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第１の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有しており、
前記２つの回転ピストンのそれぞれの回転軸は、前記流体機械の設置状態で見て、回転ピストンの回転中心と同心となって前記２軸回転駆動用シリンダの下面から下方に突出しており、
前記２本の回転軸にはそれぞれ互いに噛合したギアが備わり、この２つのギアの噛合により、回転軸の回転角度に応じて、前記２軸回転駆動用シリンダの回転ピストン収容空間内において、前記一方の回転ピストンの大径外周面と前記他方の回転ピストンの小径外周面とが液密状態を保つように線接触するか、前記一方の回転ピストンの小径外周面と前記他方の回転ピストンの大径外周面とが液密状態を保つように線接触する選択的状態を保つようになっており、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて、前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち一方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち一方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各一方の増圧流水流入口と一方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わり、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち他方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち他方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各他方の増圧流水流入口と他方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わっており、
これによって、前記２軸回転装置が、前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間と前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間への増圧流水の流入と減圧流水の排出を所定の時間差で共に行うようになった開閉弁機能を有するようになっており、かつ
前記第１の回転軸か前記第２の回転軸の何れか一方に、発電装置を駆動する伝達機構が備わっていることを特徴とする流体機械。
前記上部流水タンクに流水を流入する流水導入部と、
前記上部流水タンクから流出した流水を増圧する流水増圧装置と、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置と、
前記２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置と、を有し、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の圧力を利用して前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電する流体機械であって、
前記流体機械は、設置状態で見て前記流水導入部を備えた前記上部流水タンクが最上部に位置し、鉛直方向に立設した前記流水増圧装置の上端部には前記上部流水タンクが接続固定され、前記流水増圧装置の下端部には前記２軸回転装置を挟んで前記発電装置が接続固定され、
前記流水増圧装置は、筒状の流水増圧シリンダと、当該流水増圧シリンダと同心に取り付けられ当該流水増圧シリンダと独立して回転可能な流水増圧シャフトと、前記流水増圧シリンダの内部であって前記流水増圧シャフトの一方の端部から他方の端部まで設けられた螺旋翼からなり、
前記筒状の流水増圧シリンダと前記流水増圧シャフトと前記螺旋翼との間で前記流水増圧装置の長手方向に亘って流路全体が螺旋状をなす螺旋状流水流路が形成され、かつその流路断面積は、前記上部流水タンクが接続された端部から前記２軸回転装置が接続された端部に向かって徐々に小さくなるように形成され、
前記上部流水タンクから前記流水増圧装置の上端部に接続された流水が当該流水増圧装置の螺旋状流水流路の上側入口に導入され、前記螺旋状流水流路を流れることで前記流水増圧装置の下端部から当該流水増圧装置によって増圧された流水として前記２軸回転装置の駆動用空間に流入するようになっており、
前記増圧された流水の圧力によって前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電するようになっており、
前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の下端面には、互いに近接した２つの増圧流水吐出口が少なくとも一対備わり、前記下端面には、この増圧された流水吐出口を除いて前記流水増圧装置の内部において液密状態を保つように閉塞しており、
前記２軸回転装置は、２軸回転駆動用シリンダと、当該２軸回転駆動用シリンダに収容され回転軸がこの２軸回転駆動用シリンダから液密状態でそれぞれ突出した第１の回転ピストン及び第２の回転ピストンを有し、前記２軸回転駆動用シリンダは、前記第１及び第２の２つの回転ピストンを収容する回転ピストン収容空間を有すると共に、
前記流体機械の設置状態で見て、前記２軸回転駆動用シリンダの上面には互いに近接した２つの増圧流水流入口が少なくとも一対備わり、かつ前記２軸回転駆動用シリンダの下面には互いに近接した２つの減圧流水排出口が少なくとも一対備わり、
前記流水増圧装置の下端面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水吐出口のそれぞれは、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水流入口のそれぞれに液密状態で連通しており、
前記回転ピストン収容空間は、平面視で２つの円の一部が重なり合った輪郭を有する空間として形成され、
前記２つの回転ピストンはそれぞれ、所定の厚さを有し、外周面が平面視で曲率半径の大きい大径外周面と曲率半径の小さい小径外周面とこれらをそれぞれ繋ぐ第１の接続周面及び第２の接続周面とから構成された平面視異形半月形からなり、
前記２つのピストンの大径外周面は、それぞれ前記回転ピストン収容空間の内周面に液密に接する曲率半径を有し、かつ前記第１の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第２の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有すると共に、前記第２の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第１の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有しており、
前記２つの回転ピストンのそれぞれの回転軸は、前記流体機械の設置状態で見て、回転ピストンの回転中心と同心となって前記２軸回転駆動用シリンダの下面から下方に突出しており、
前記２本の回転軸にはそれぞれ互いに噛合したギアが備わり、この２つのギアの噛合により、回転軸の回転角度に応じて、前記２軸回転駆動用シリンダの回転ピストン収容空間内において、前記一方の回転ピストンの大径外周面と前記他方の回転ピストンの小径外周面とが液密状態を保つように線接触するか、前記一方の回転ピストンの小径外周面と前記他方の回転ピストンの大径外周面とが液密状態を保つように線接触する選択的状態を保つようになっており、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて、前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち一方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち一方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各一方の増圧流水流入口と一方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わり、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち他方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち他方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各他方の増圧流水流入口と他方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わっており、
これによって、前記２軸回転装置が、前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間と前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間への増圧流水の流入と減圧流水の排出を所定の時間差で共に行うようになった開閉弁機能を有するようになっており、かつ
前記第１の回転軸か前記第２の回転軸の何れか一方に、発電装置を駆動する伝達機構が備わっていることを特徴とする流体機械。
【請求項3】
前記流水増圧シャフトは、上端から下端に向かって外径が大きくなるようにテーパ状の周面を有しており、
前記流水増圧装置内に流水が充満した状態で、前記流水増圧シャフトを前記螺旋翼と共に回転可能とする駆動機構が備わっていることを特徴とする請求項２に記載の流体機械。
前記流水増圧装置内に流水が充満した状態で、前記流水増圧シャフトを前記螺旋翼と共に回転可能とする駆動機構が備わっていることを特徴とする請求項２に記載の流体機械。
【請求項4】
前記２軸回転装置の駆動によって減圧して当該２軸回転装置から排出された流水の一部を前記上部流水タンクの備わった高さより低い高さまで再び揚水することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の流体機械。
【請求項5】
前記流体機械は、排水循環部を有し、前記揚水された排水を当該排水循環部によって前記螺旋状流水流路の前記上部流水タンクの備わった高さより低い高さに位置する部分に再び戻すことを特徴とする請求項４に記載の流体機械。
【請求項6】
前記揚水された排水が、前記排水循環部を経て前記流水増圧装置に再び戻される代わりに、前記上部流水タンクより下方であって前記流水増圧装置の所定の高さまで揚水して前記流体機械の外部に排出されるようになったことを特徴とする請求項５に記載の流体機械。
【請求項7】
前記揚水された排水が、前記排水循環部を経て前記流水増圧装置に再び戻される代わりに、前記排水が、前記２軸回転装置の減圧流水排出口から前記流体機械の外部にそのまま排出されるようになったことを特徴とする請求項５に記載の流体機械。
【請求項8】
前記２軸回転装置の排出部には当該排出部から排出される排水の一部を再び揚水するか又は当該排水の一部をそのまま前記流体機械の設置場所の外部に放出するかの切換え弁が備わっていることを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れかに記載の流体機械。
【請求項9】
前記上部流水タンク及び前記流水導入部を備える代わりに、前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の上部に水道水を供給することに加えて、この水道水の供給を停止する開閉弁を備えたことを特徴とする請求項２乃至請求項８の何れかに記載の流体機械。
【請求項10】
前記２軸回転装置から前記伝達機構を介して前記発電装置に伝わる駆動伝達力を解除する解除装置を備え、当該解除装置によって前記発電装置への前記駆動伝達力を伝達しないようにしつつ、かつ前記２軸回転装置からの排水を揚水することを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れかに記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発電装置及び揚水装置を備え、特に水力発電に好適に利用可能な流体機械に関するものである。
【背景技術】
【0002】
小水力発電の技術としては、螺旋翼を備えた螺旋水車を河川及び水路中に設置し、螺旋水車の回転力を発電装置で電力に変換する技術が知られている（特許文献１）。
【0003】
また、本国内優先権主張出願の基礎出願である特願２０１７−０９７７６２の出願日以降に特許公報が発行された特願２０１６−２４６２５５号における発明は、本出願の発明者によるものであり、この発明で使用する水車については特に限定しておらず、既存のペルトン水車等を想定し、増圧された流水が水車の回転力を高めることで水力エネルギーを効率的でかつ安定的に電力に変換することのできる発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３−１７４１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
河川や水路に於いて、種々の水車が水中や水辺において、導入水路から水力発電を行う場合に水中では、水流が外に逃れやすく、効率良く電力に変換することが難しい。また、水量の増減により発電量は大きく左右され易い問題も生じる。また、ある程度の電力を得るには、大きな有効落差や大量の流量が安定的に得られる場所が求められる。しかしながら、水中や水辺等に設置する外部設置型の場合、このような発電のための最適地においては、土木工事や建設工事に伴うコストが過大にかかり、発電コストを抑えることは難しくなる。その結果、再生可能エネルギーの利用促進の足枷になっているのが実情である。また、これ等、利用流水の有効な再利用は、深夜電力によるダムへの揚水発電以外には実現することが難しく皆無に等しい。
【0006】
本発明の目的は、大きな設置工事を必要としないで、小取水量であっても管や導入水路距離の短縮化を図りながら、流水の有効な再利用を可能にし、効率的で安定的な発電ができる流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題達成のために、本発明は、特願２０１６−２４６２５５号において特定される発明を利用した発電装置を前提としており、増圧装置に特別な２軸回転装置をその水密状態を維持しながら密閉連結して一体化した床置単体発電装置において、大きな設置工事を必要としないで、小取水量であっても管や導入水路距離の短縮化を図りながら、流水の有効な再利用を可能にし、効率的で安定的な発電ができる流体機械を提案している。
【0008】
具体的には、本発明の請求項１に係る流体機械は、設置状態で見て、流水を上部から流入させると共に、上部から流入した流水が下部に流れ落ちるにつれて当該流水を増圧していく流水増圧装置と、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置と、
前記２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置と、を有し、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の圧力を利用して前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電する流体機械であって、
前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の下端面には、互いに近接した２つの増圧流水吐出口が少なくとも一対備わり、前記下端面には、この増圧された流水吐出口を除いて前記流水増圧装置の内部において液密状態を保つように閉塞しており、
前記２軸回転装置は、２軸回転駆動用シリンダと、当該２軸回転駆動用シリンダに収容され回転軸がこの２軸回転駆動用シリンダから液密状態でそれぞれ突出した第１の回転ピストン及び第２の回転ピストンを有し、前記２軸回転駆動用シリンダは、前記第１及び第２の２つの回転ピストンを収容する回転ピストン収容空間を有すると共に、
前記流体機械の設置状態で見て、前記２軸回転駆動用シリンダの上面には互いに近接した２つの増圧流水流入口が少なくとも一対備わり、かつ前記２軸回転駆動用シリンダの下面には互いに近接した２つの減圧流水排出口が少なくとも一対備わり、
前記流水増圧装置の下端面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水吐出口のそれぞれは、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水流入口のそれぞれに液密状態で連通しており、
前記回転ピストン収容空間は、平面視で２つの円の一部が重なり合った輪郭を有する空間として形成され、
前記２つの回転ピストンはそれぞれ、所定の厚さを有し、外周面が平面視で曲率半径の大きい大径外周面と曲率半径の小さい小径外周面とこれらをそれぞれ繋ぐ第１の接続周面及び第２の接続周面とから構成された平面視異形半月形からなり、
前記２つのピストンの大径外周面は、それぞれ前記回転ピストン収容空間の内周面に液密に接する曲率半径を有し、かつ前記第１の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第２の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有すると共に、前記第２の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第１の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有しており、
前記２つの回転ピストンのそれぞれの回転軸は、前記流体機械の設置状態で見て、回転ピストンの回転中心と同心となって前記２軸回転駆動用シリンダの下面から下方に突出しており、
前記２本の回転軸にはそれぞれ互いに噛合したギアが備わり、この２つのギアの噛合により、回転軸の回転角度に応じて、前記２軸回転駆動用シリンダの回転ピストン収容空間内において、前記一方の回転ピストンの大径外周面と前記他方の回転ピストンの小径外周面とが液密状態を保つように線接触するか、前記一方の回転ピストンの小径外周面と前記他方の回転ピストンの大径外周面とが液密状態を保つように線接触する選択的状態を保つようになっており、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて、前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち一方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち一方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各一方の増圧流水流入口と一方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わり、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち他方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち他方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各他方の増圧流水流入口と他方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わっており、
これによって、前記２軸回転装置が、前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間と前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間への増圧流水の流入と減圧流水の排出を所定の時間差で共に行うようになった開閉弁機能を有するようになっており、かつ
前記第１の回転軸か前記第２の回転軸の何れか一方に、発電装置を駆動する伝達機構が備わっていることを特徴としている。
【0009】
また、本発明の請求項２に係る流体機械は、流水を導入する所定高さの位置に配置された上部流水タンクと、
前記上部流水タンクに流水を流入する流水導入部と、
前記上部流水タンクから流出した流水を増圧する流水増圧装置と、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置と、
前記２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置と、を有し、
前記流水増圧装置によって増圧された流水の圧力を利用して前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電する流体機械であって、
前記流体機械は、設置状態で見て前記流水導入部を備えた前記上部流水タンクが最上部に位置し、鉛直方向に立設した前記流水増圧装置の上端部には前記上部流水タンクが接続固定され、前記流水増圧装置の下端部には前記２軸回転装置を挟んで前記発電装置が接続固定され、
前記流水増圧装置は、筒状の流水増圧シリンダと、当該流水増圧シリンダと同心に取り付けられ当該流水増圧シリンダと独立して回転可能な流水増圧シャフトと、前記流水増圧シリンダの内部であって前記流水増圧シャフトの一方の端部から他方の端部まで設けられた螺旋翼からなり、
前記筒状の流水増圧シリンダと前記流水増圧シャフトと前記螺旋翼との間で前記流水増圧装置の長手方向に亘って流路全体が螺旋状をなす螺旋状流水流路が形成され、かつその流路断面積は、前記上部流水タンクが接続された端部から前記２軸回転装置が接続された端部に向かって徐々に小さくなるように形成され、
前記上部流水タンクから前記流水増圧装置の上端部に接続された流水が当該流水増圧装置の螺旋状流水流路の上側入口に導入され、前記螺旋状流水流路を流れることで前記流水増圧装置の下端部から当該流水増圧装置によって増圧された流水として前記２軸回転装置の駆動用空間に流入するようになっており、
前記増圧された流水の圧力によって前記２軸回転装置を回転駆動させることで、前記発電装置によって発電するようになっており、
前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の下端面には、互いに近接した２つの増圧流水吐出口が少なくとも一対備わり、前記下端面には、この増圧された流水吐出口を除いて前記流水増圧装置の内部において液密状態を保つように閉塞しており、
前記２軸回転装置は、２軸回転駆動用シリンダと、当該２軸回転駆動用シリンダに収容され回転軸がこの２軸回転駆動用シリンダから液密状態でそれぞれ突出した第１の回転ピストン及び第２の回転ピストンを有し、前記２軸回転駆動用シリンダは、前記第１及び第２の２つの回転ピストンを収容する回転ピストン収容空間を有すると共に、
前記流体機械の設置状態で見て、前記２軸回転駆動用シリンダの上面には互いに近接した２つの増圧流水流入口が少なくとも一対備わり、かつ前記２軸回転駆動用シリンダの下面には互いに近接した２つの減圧流水排出口が少なくとも一対備わり、
前記流水増圧装置の下端面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水吐出口のそれぞれは、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水流入口のそれぞれに液密状態で連通しており、
前記回転ピストン収容空間は、平面視で２つの円の一部が重なり合った輪郭を有する空間として形成され、
前記２つの回転ピストンはそれぞれ、所定の厚さを有し、外周面が平面視で曲率半径の大きい大径外周面と曲率半径の小さい小径外周面とこれらをそれぞれ繋ぐ第１の接続周面及び第２の接続周面とから構成された平面視異形半月形からなり、
前記２つのピストンの大径外周面は、それぞれ前記回転ピストン収容空間の内周面に液密に接する曲率半径を有し、かつ前記第１の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第２の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有すると共に、前記第２の回転ピストンの小径外周面は、前記回転ピストン収容空間の略中央部において、前記第１の回転ピストンの大径外周面と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有しており、
前記２つの回転ピストンのそれぞれの回転軸は、前記流体機械の設置状態で見て、回転ピストンの回転中心と同心となって前記２軸回転駆動用シリンダの下面から下方に突出しており、
前記２本の回転軸にはそれぞれ互いに噛合したギアが備わり、この２つのギアの噛合により、回転軸の回転角度に応じて、前記２軸回転駆動用シリンダの回転ピストン収容空間内において、前記一方の回転ピストンの大径外周面と前記他方の回転ピストンの小径外周面とが液密状態を保つように線接触するか、前記一方の回転ピストンの小径外周面と前記他方の回転ピストンの大径外周面とが液密状態を保つように線接触する選択的状態を保つようになっており、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて、前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間とで画成されるか又は前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される空間が前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間をなし、
前記第１の回転軸の回転角度に応じて、前記第１の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第２の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち一方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち一方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各一方の増圧流水流入口と一方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わり、
前記第２の回転軸の回転角度に応じて前記第２の回転ピストンと前記回転ピストン収容空間と前記第１の回転ピストンの大径外周面とで画成される前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間が、第１の空間と第２の空間の２つの空間に液密状態で仕切られた状態で、前記２軸回転駆動用シリンダの上面に備わった一対の増圧流水流入口のうち他方の増圧流水流入口から前記第１の空間に増圧された流水が入り込むと同時に、前記第２の空間から前記２軸回転駆動用シリンダの下面に備わった一対の減圧流水排出口のうち他方の減圧流水排出口から減圧した流水が排出されるように当該各他方の増圧流水流入口と他方の減圧流水排出口が２軸回転駆動用シリンダの所定位置に備わっており、
これによって、前記２軸回転装置が、前記第１の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間と前記第２の回転ピストンの回転駆動用増圧流水充填空間の第１の空間及び第２の空間への増圧流水の流入と減圧流水の排出を所定の時間差で共に行うようになった開閉弁機能を有するようになっており、かつ
前記第１の回転軸か前記第２の回転軸の何れか一方に、発電装置を駆動する伝達機構が備わっていることを特徴としている。
【0010】
本発明に係る流体機械が、このような上部流水タンクや２軸回転装置の構成を備え、発電装置の定格内において揚水排出する際に流水から受ける負荷が、排出揚程負荷が受圧回転推進力を超えない、若しくは発電を停止して揚水負荷とすることで、本発明に係る流体機械が河川や水路より高所の耕作地や畑・田んぼへの揚水が可能となる。
【0011】
また、本発明の請求項３に係る流体機械は、請求項２に記載の流体機械において、前記流水増圧シャフトは、上端から下端に向かって外径が大きくなるようにテーパ状の周面を有しており、
前記流水増圧装置内に流水が充満した状態で、前記流水増圧シャフトを前記螺旋翼と共に回転可能とする駆動機構が備わっていることを特徴としている。
【0013】
また、本発明の請求項４に係る流体機械は、請求項２又は請求項３に記載の流体機械において、前記２軸回転装置の駆動によって減圧して当該２軸回転装置から排出された流水の一部を前記上部流水タンクの備わった高さより低い高さまで再び揚水することを特徴としている。
【0014】
また、本発明の請求項５に係る流体機械は、請求項４に記載の流体機械において、前記流体機械は、排水循環部を有し、前記揚水された排水を当該排水循環部によって前記螺旋状流水流路の前記上部流水タンクの備わった高さより低い高さに位置する部分に再び戻すことを特徴としている。
【0015】
また、本発明の請求項６に係る流体機械は、請求項５に記載の流体機械において、前記揚水された排水が、前記排水循環部を経て前記流水増圧装置に再び戻される代わりに、発電推進力を軽減して、若しくは停止して前記上部流水タンクより下方であって前記流水増圧装置の所定の高さまで揚水して前記流体機械の外部に排出されるようになったことを特徴としている。
【0016】
また、本発明の請求項７に係る流体機械は、請求項５に記載の流体機械において、前記揚水された排水が、前記排水循環部を経て前記流水増圧装置に再び戻される代わりに、前記２軸回転装置の減圧流水排出口から前記流体機械の外部にそのまま排出されるようになったことを特徴としている。
【0017】
また、本発明の請求項８に係る流体機械は、請求項４乃至請求項７の何れかに記載の流体機械において、前記２軸回転装置の排出部には当該排出部から排出される排水の一部を再び揚水するか又はそのまま前記流体機械の設置場所の外部に放出するかの切換え弁が備わっていることを特徴としている。
【0018】
また、本発明の請求項９に係る流体機械は、請求項２乃至請求項８の何れかに記載の流体機械において、前記上部流水タンク及び前記流水導入部を備える代わりに、前記流体機械の設置状態で見て、前記流水増圧装置の上部に水道水を供給することに加えて、この水道水の供給を停止する開閉弁を備えたことを特徴としている。
【0022】
また、本発明の請求項１０に係る流体機械は、請求項４乃至請求項６に記載の流体機械において、前記２軸回転装置から前記伝達機構を介して前記発電装置に伝わる駆動伝達力を解除する解除装置を備え、当該解除装置によって前記発電装置への前記駆動伝達力を伝達しないようにしつつ、かつ前記２軸回転装置からの排水を揚水することを特徴としている。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、大きな設置工事を必要としないで、小取水量であっても管や導入水路距離の短縮化を図りながら、流水の有効な再利用を可能にし、効率的で安定的な発電ができる流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本実施形態に係る流体装置の全体構成を一部透過して示す説明図である。
【図5】流水増圧装置の下面に備わった五対の流水吐出部と本実施形態に備わった五対の２軸回転装置の増圧流水流入口及び減圧流水排出口を含めた互いの位置関係を示す説明図である。
【図6】流水増圧装置によって増圧されて流水増圧装置から吐出した流水が２軸回転装置に流入して２軸回転装置を駆動した後に減圧されて２軸回転装置から排出される流水の流れを示す説明図（図６（ａ））及び２軸回転装置の構造をその回転ピストンの中心軸線と垂直に交差する方向に切断して示す断面図（図６（ｂ））である。
【図10】流体機械の内部構造を透過的に示す説明図である。
【図11】図１０に示した流体機械の流水増圧装置内の上部に備わった４枚構造の螺旋翼の１段目の配置状態を流水の流れ方向と共に示す説明図（図１１（ａ））、流水増圧装置の内部に備わる螺旋翼の１段目の先端を部分的に示す説明図（図１１（ｂ））、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は異なる形態の流水増圧装置内の上部に備わった４枚構造の螺旋翼の上部を示す図（図１１（ｃ））、並びに流水増圧装置の流水増圧シャフトとその周囲に備わる螺旋翼との関係を示す説明図（図１１（ｄ））である。
【図12】流水増圧装置の下端部をその螺旋翼の下端における凹型翼と共に示す説明図（図１２（ａ））及び流水増圧装置の流水増圧シャフトの下端における円錐螺旋部分の詳細と吐出翼、流水増圧シャフト用ベアリングによる支持構造を透過的に示す説明図（図１２（ｂ））である。
【図13】本実施形態における流体機械を河川に実際に設置した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明に係る流体装置（以下単に「流体装置」とする）は、流水を導入する所定高さの位置に配置された上部流水タンクと、上部流水タンクに流水を流入する流水導入部と、上部流水タンクから流出した流水を増圧する流水増圧装置と、流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置と、２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置と、を有している。
【0026】
そして、流体機械は、設置状態で見て流水導入部を備えた上部流水タンクが最上部に位置し、鉛直方向に立設した流水増圧装置の上端部には上部流水タンクが接続固定され、流水増圧装置の下端部には２軸回転装置を挟んで発電装置が接続固定さている。
【0027】
流水増圧装置は、筒状の流水増圧シリンダと、流水増圧シリンダと同心に取り付けられ当該流水増圧シリンダと独立して回転可能な流水増圧シャフトと、流水増圧シリンダの内部であって流水増圧シャフトの一方の端部から他方の端部まで設けられた螺旋翼からなる。
【0028】
そして、筒状の流水増圧シリンダと流水増圧シャフトと螺旋翼との間で流水増圧装置の長手方向に亘って螺旋状流水流路が形成され、かつその流路断面積は、上部流水タンクが接続された端部から２軸回転装置が接続された端部に向かって徐々に小さくなるように形成されている。
【0029】
これにより、流水増圧装置の上端部に固定接続された上部流水タンクに貯まった流水が上部流水タンクから流水増圧装置の螺旋状流水流路の上側入口に導入され、螺旋状流水流路を流れることで流水増圧装置の下端部から当該流水増圧装置によって増圧された流水として２軸回転装置の駆動用空間に流入するようになっている。
【0030】
更に、増圧された流水の圧力によって２軸回転装置を回転駆動させることで、発電装置によって発電すると共に、この発電によって減圧した流水の一部を上部流水タンクの備わった高さより低い高さまで再び揚水可能な機能を有している。
【0031】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る流体装置の全体構成を一部透過して示す説明図である。なお、図１は、本出願の特許請求の範囲の請求項１及び請求項２で特定される本発明の基本的概念及びそれ以外の従属請求項で特定される本発明の派生的概念を全て含めたいわゆるベストモードの形態を示した包括的代表図面である。従って、本出願の特許請求の範囲の各請求項で特定される本発明全体に包含される様々な派生的発明については、包括的図面である図１において示された全ての構成要件のうち一部の構成要件のみで特定されるものであり、かつその他の図面を勘案して適宜特定されるものであることに言及しておく。
【0032】
図１から分かるように、上流の河川２５から取水して取水桝０６及び導入管路０１を経てから流体機械１の最上部に設けられた上部流水タンク１００に流水が貯められるようになっている。上部流水タンク１００は、フランジ３で流水増圧シリンダ２２０の上端部に密接したまま固定されている。これによって、上部流水タンク１００の内部には、有効落差分の位置エネルギーを有する流水が貯められるようになっている。
【0033】
導入管路０１の途中には開閉弁９２４が設けられている。そして、上流の河川２５と上部流水タンク１００との落差を有した流水の流れを、開閉弁９２４によって導入管路０１の途中において適宜止めることができるようになっている。
【0034】
なお、上部流水タンク１００は、固定渦巻螺旋翼０７を上部流水タンク１００の内部に有している。上部流水タンク１００に貯められた流水は、流水増圧装置２００の流水増圧シリンダ２２０に滞りなく流れ込む。流水増圧シリンダ２２０は、上部流水タンク１００のフランジ３とシール４を挟んで、ここでは詳細には図示しない連通口を経て上部流水タンク１００に連結され、上部流水タンク１００から流水増圧装置２００に流水が支障なく流れ込む構造を有している。
【0035】
流水増圧装置２００は、液密状態を保って密閉された流水増圧シリンダ２２０の内部に中空円錐台軸をなす流水増圧シャフト２１０を同心に収容している。なお、流水増圧シャフト２１０は、流水増圧シリンダ２２０と独立して回転可能なように流水増圧装置２００に備わっている。より詳細には、流水増圧シャフト２１０の上端部と下端部はそれぞれ流水増圧装置２００の上端のフランジ部に備わったベアリングと下端のベース部に備わったベアリングによって回転可能にしっかりと軸支されている（例えば、図２及び図１２（ｂ）に示すベアリング２７参照）。
【0036】
また、流水増圧シャフト２１０の長手方向外周面全体に亘って４枚の螺旋翼２３０（２３１〜２３４）が、モータＭによる流水増圧シャフト２１０の回転方向と反対側を回転方向に巻き付けられた状態で固定して一体化した構造を有している（図１０及び図１１（ａ），（ｄ）参照）。螺旋翼２３０（２３１〜２３４）は、図１に示すように、流水増圧シャフト２１０の長手方向外周面全体に取り付けられ、流水増圧シリンダ２２０の内壁に対して密接状態を保ちながら摺動回転可能に備わっている。
【0037】
なお、図１、図１０、及び図１１（ｄ）から分かるように、螺旋翼２３０（２３１〜２３４）のピッチは、円錐台軸に沿ってだんだん狭くなっている。そして、螺旋翼２３０（２３１〜２３４）のそれぞれの外周縁全体は、流水増圧シリンダ２２０の内周面に液密状態を保ちながら摺動可能に接すると共に、それぞれの内周縁全体は、流水増圧シャフト２１０に液密に固定されている。
【0038】
以下、流水増圧装置２００の構造の詳細説明について、その特徴的な作用も含めて図面に基づいて行う。流水増圧シャフト２１０は、上部流水タンク側が小径で２軸回転装置側が大径の中空円錐状をなし周面が緩やかなテーパとなっている。また、流水増圧シリンダ２２０は径が一定の円筒形状を有し、これにより上部流水タンク側では、流水増圧シャフト２１０の外周面と流水増圧シリンダ２２０の内周面との間隔が広くなっている一方、２軸回転装置側では、流水増圧シャフト２１０の外周と流水増圧シリンダ２２０の内周との間隔が狭くなっている。
【0039】
流水増圧シャフト２１０は、モータＭにギアを介して連結している。モータＭは、流水増圧装置２００に流水が充満した状態で、流水増圧シャフト２１０を螺旋翼２３０と共に流水増圧シリンダ内で回転させることができる駆動力を有している。なお、流水増圧装置２００に流水が充満した状態で、流水増圧シャフト２１０を螺旋翼２３０と共に流水増圧シリンダ内で回転させる理由は、以下の通りである。
【0040】
最初に上部流水タンク１００から流水増圧装置２００に流水が流れ込み始めてやがては螺旋状流水流路全体に流水が貯まるが、この螺旋状流水流路２５０の構造は複雑のため、元々その中に存在していた空気のかなりの量が螺旋状流水流路２５０の流路全体に亘ってどうしても残留してしまう。この残留した空気をそのままにしておくと、この空気層の存在が支障となって螺旋状流水流路２５０の下部から２軸回転装置３００の回転駆動用流水充填空間３１８，３２８中に流水が勢い良く流れ込むことが難しくなる。
【0041】
そのため、上述したタイミングでモータＭを駆動させることで、流水増圧シャフト２１０を螺旋翼２３０と共に流水増圧シリンダ内で回転させる。流水増圧シャフト２１０を螺旋翼２３０と共に流水増圧シリンダ内で回転させることで、強制的に流水の流れを生み出すことができ、これに伴い流水増圧装置２００の螺旋状流水流路２５０に残留した空気をこの流路に沿って上昇させてやがては上部流水タンクの上側に備わった空気抜きバルブ２３から外部に殆ど全ての空気を放出する。
【0042】
これによって、流水増圧装置２００の螺旋状流水流路２５０の内部に空気が残留することがなくなり、流水のみで満たされることになる。なお、流水増圧シャフト２１０を螺旋翼２３０と共に流水増圧シリンダ内で回転させる前の状態においては、２軸回転装置３００の回転駆動用流水充填空間３１８，３２８にも空気が残留しているが、流水増圧シャフト２１０を螺旋翼２３０と共に流水増圧シリンダ内で回転させることで、貯まったままとなった流水の流れを強制的に生じさせることができる。
【0043】
これに伴い、回転駆動用流水充填空間３１８，３２８に残留していた空気も、２軸回転装置３００の空気抜きバルブ２３や上述した上部流水タンク１００の空気抜きバルブ２３から流体機械１の外部に放出することが可能となる。これによって、２軸回転装置３００の効率的な回転駆動の支障となる残留空気を一掃することができる。
【0044】
また、後述する切替弁１１を操作して排水の一部が再び流水循環用揚水パイプ５０１を経て流水増圧装置２００の螺旋状流水流路２５０に戻す形態とした場合においては、図１に示す流水循環用揚水パイプ５０１の上部に備わった空気のみを外部に放出する空気抜きバルブを介して流水循環用揚水パイプ５０１に残留した空気を全て流体機械１の外部に放出することができる。
【0045】
以上のような空気抜きの構造を流体機械１が有することにより、螺旋状流水流路２５０の内部が短時間に流水のみで満たされた状態となり、この状態で流路自体を回転させ続けると、螺旋状流水流路２５０の下方部分において徐々に狭くなった流路に押し込まれて詰まっていた流水が螺旋状流水流路２５０自体の回転作用によって流水増圧装置２００の下端に備わった増圧流水吐出口０から勢い良く流出して、これに連通した２軸回転装置３００の増圧流水流入口３３１，３３２を通って２軸回転装置３００の回転駆動用流水充填空間３１８，３２８に強制的に押し込まれるように流入していくことができる。
【0046】
続いて、本実施形態に係る螺旋翼２３０の詳細構造について説明する。旋翼２３０（２３１〜２３４）は、上述したように流水増圧シリンダ２２０の内部であって流水増圧シャフト２１０の一方の端部から他方の端部まで備わっている。
【0047】
そして、筒状の流水増圧シリンダ２２０と流水増圧シャフト２１０と螺旋翼２３０との間で流水増圧装置２００の長手方向に亘って螺旋状流水流路２５０が形成されている。流水増圧シャフト２１０と螺旋翼２３０が特別な形状を有することで、螺旋状流水流路２５０は螺旋状をなし、かつその流路断面積は、上部流水タンク１００が接続された端部から２軸回転装置３００が接続された端部に向かって徐々に小さくなるようになっている。
【0048】
そして、このような特別な螺旋状流水流路２５０の構造によって、流水増圧装置２００の上端部に固定接続された上部流水タンク１００に貯まった流水が上部流水タンク１００から流水増圧装置２００の螺旋状流水流路２５０の上側入口に導入され螺旋状流水流路２５０を流れることで、流水増圧装置２００の下端部から流水増圧装置２００によって増圧された流水として２軸回転装置３００の回転駆動用流水充填空間３１８，３２８（図６（ｂ）参照）に流入するようになっている。
【0049】
螺旋翼２３０は、図１１（ａ）に示す第１螺旋翼２３１乃至第４螺旋翼２３４の４つの螺旋翼を組み合わせて形成されている。この４つの螺旋翼２３０（２３１〜２３４）は、全て同一形状を有しており、これらはそれぞれ、軸線方向について所定間隔を隔てた状態で、流水増圧シャフト２１０に取り付けられている。
【0050】
ここでは、とりあえず第１螺旋翼２３１の形状のみ説明する。なお、上述したように第２螺旋翼２３２乃至第４螺旋翼２３４の形状についても同様である。第１螺旋翼２３１の上部流水タンク側は幅が広く、２軸回転装置３００に向かうに従って幅が狭くなるように形成されている。また、第１螺旋翼２３１の軸心長手方向のピッチについても、上部流水タンク側のピッチが大きく、２軸回転装置側のピッチが小さく、その間は徐々にピッチが変化していくようになっている。
【0051】
第１螺旋翼２３１の内周縁の曲率半径は、これが取り付けられる流水増圧シャフト２１０の徐々に変化する外径に一致するようになっている。即ち、第１螺旋翼２３１を流水増圧シャフト２１０に取り付けた状態において、第１螺旋翼２３１の上部流水タンク側の曲率半径は、これが取り付けられた部分の流水増圧シャフト２１０の外周径と一致しており、第１螺旋翼２３１の２軸回転装置側の曲率半径は、これが取り付けられた部分の流水増圧シャフト２１０の外周径と一致している。
【0052】
そして、第１螺旋翼２３１の上部流水タンク側から２軸回転装置側に至るまで徐々に大きくなっていく内周縁の曲率半径は、各内周縁の取り付けられる部分における流水増圧シャフト２１０の外周径と一致している。そして、第１螺旋翼２３１の内周縁の全てはこれに対応する流水増圧シャフト２１０の外周面に公知の固定手段で液密状態を保つようにしっかりと取り付けられている。
【0053】
また、第１螺旋翼２３１の外周縁の曲率半径は、一定の曲率半径を有し、流水増圧シリンダ２２０の内周壁に両者の間で液密状態を保ちながら摺動可能な曲率半径となっている。即ち、第１螺旋翼２３１の外周縁の全ては、流水増圧シャフト２１０と共に流水増圧シリンダ内で回転している最中、これに対応する流水増圧シリンダ２２０の内周壁に液密状態を保ちながら摺動回転することができるようになっている。なお、第２螺旋翼２３２乃至第４螺旋翼２３４の形状及び寸法についても、第１螺旋翼２３１と同様である。
【0054】
続いて、第１螺旋翼２３１乃至第４螺旋翼２３４のそれぞれと流水増圧シャフト２１０との本実施形態における取付け関係について、図１１（ａ）に基づいて説明する。第１螺旋翼２３１の上端縁２３１ａは、同図に示すように、流水増圧シャフト２１０の上端部から時計方向で見て９時の方向に時計の針が向くように取り付けられている。また、第２螺旋翼２３２の上端縁２３２ａは、同図に示すように、流水増圧シャフト２１０の上端部から時計方向で見て１２時の方向に時計の針が向くように取り付けられている。また、第３螺旋翼２３３の上端縁２３３ａは、同図に示すように、流水増圧シャフト２１０の上端部から時計方向で見て３時の方向に時計の針が向くように取り付けられている。また、第４螺旋翼２３４の上端縁２３４ａは、同図に示すように、流水増圧シャフト２１０の上端部から時計方向で見て６時の方向に時計の針が向くように取り付けられている。
【0055】
なお、第１螺旋翼２３１乃至第４螺旋翼２３４の全ての上端縁２３１ａ〜２３４ａは、図１１（ｂ）に示すように、この縁部全体に亘って先端がカミソリ状に鋭利に加工してあり、上部流水タンク１００から流れ込んでくる流水が各螺旋翼２３０（２３１〜２３４）の上端縁の下側に形成された隙間に抵抗なく流れ込んで行くようになっている。
【0056】
具体的には、図１に示す第１螺旋翼２３１の上端縁２３１ａとこれより垂直下方に位置する第２螺旋翼２３２との間には開口部が形成されている。第１螺旋翼２３１の上端縁２３１ａは、カミソリ状に鋭利に加工された形状を有しているので、上部流水タンク１００に貯まった流水は、上部流水タンク１００からこの開口部に抵抗を受けることなく勢い良く流れ込む。
【0057】
同様に第２螺旋翼２３２の上端縁２３２ａとこれより垂直下方に位置する第３螺旋翼２３３との間にも開口部が形成され、第３螺旋翼２３３の上端縁２３３ａとこれより垂直下方に位置する第４螺旋翼２３４との間にも開口部が形成され、第４螺旋翼２３４の上端縁２３４ａとこれより垂直下方に位置する第１螺旋翼２３１との間にも開口部が形成されている。その結果、上部流水タンク１００に貯まった流水が、これら合計４つの開口部から流水増圧装置２００の内部の４つの螺旋状流水流路２５０に図中反時計回りの矢印に示す方向で均等に流れ込んで行く。
【0058】
なお、４枚構造の螺旋翼の上部を、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す上述の構成に代えて、図１１（ｃ）に示すような異なる形態、即ち各螺旋翼の上端部が窪んで流水が落ち易くした形態を有する螺旋翼にしても、上述と同様の流水流入促進効果を得ることができる。
【0059】
第１螺旋翼２３１乃至第４螺旋翼２３４及び流水増圧シャフト２１０は、上述したように特殊な形状を有しているため、螺旋状流水流路２５０についても螺旋状に形成されることに加えて、その流路断面積は、上部流水タンク１００が接続された端部から２軸回転装置３００が接続された端部に向かって徐々に小さく変化していく。更には、各螺旋状流水流路内側の壁面、即ち流水増圧シャフト２１０の外周面は、上部流水タンク１００が接続された端部から２軸回転装置３００が接続された端部に向かって、流水増圧シリンダ２２０の内周面に向けて徐々に近づいていくようになっている。
【0060】
即ち、流水増圧シリンダ２２０の内周面と流水増圧シャフト２１０の外周面とで挟まれる螺旋状流水流路２５０は、流水増圧装置２００の中心軸線の外側に向かって狭まっていく。これによって、上部流水タンク側から流れ込み螺旋状流水流路２５０に流れ込んだ流水は、やがては流水増圧シリンダ２２０の螺旋状流水流路２５０の下部まで達し、この螺旋状流水流路２５０全体に貯まる。
【0061】
また、螺旋状流水流路２５０の下側に貯まった流水の一部は、流水増圧装置２００の下部に形成された増圧流水吐出口２４１，２４２からこれに連通している増圧流水流入口を経て２軸回転装置３００の増圧流水充填空間に入り込む。
【0062】
次いで、モータＭを駆動することによって流水増圧装置２００の流水増圧シャフト２１０を回転させることで、螺旋状流水流路２５０自体も流水増圧シャフト２１０と共に流水増圧シリンダ２２０の内部で回転し続ける。これによって、流水増圧装置２００の螺旋状流水流路２５０に残留した空気をこの流路に沿って上昇させてやがては上部流水タンクの上側に備わった空気抜きバルブ２３から外部に殆ど全ての空気を放出する。また、回転駆動用流水充填空間３１８，３２８に残留していた空気も、２軸回転装置３００の空気抜きバルブ２３や上述した上部流水タンク１００の空気抜きバルブ２３から流体機械１の外部に放出される。
【0063】
その結果、螺旋状流水流路２５０の内部は、これに残留していた空気の代わりに流水で完全に満たされる。同じく、流水循環用揚水パイプ５０１に溜まった空気も空気抜きバルブ２４から流体機械１の外部に放出される。この状態で流水増圧シリンダ２２０の内部で螺旋状流水流路２５０自体をその中に貯まった流水全体が下方に押し流されるように強制的に回転させられる。
【0064】
このように、螺旋状流水流路２５０自体も回転することで、この水路の流水は、流水増圧装置２００の高さ分の位置エネルギーに加えて遠心力も作用することで、下方に勢い良く流れ落ち、かつ下方に押し込まれていく。更には、２軸回転装置３００に近づくにつれて螺旋状流水流路２５０の流路断面積が狭まっていくため、流水が螺旋翼流水流流路２５０の下方に流れていくに従って流水が詰まってくるが、螺旋状流水流路２５０自体が流水増圧シリンダ２２０の内部で回転し続けることで、この回転作用によりこの螺旋状流水流路２５０の下方に詰まった流水を流水増圧装置２００の下方に備わった増圧流水吐出口２４１，２４２に向けて強制的に押し込んでいくことで、流水自体が増圧されながら増圧流水吐出口２４１，２４２に向かう。
【0065】
なお、流水循環用揚水パイプ５０１には、図１に示すように、逆止弁９２６が設けられ、螺旋状流水流路２５０を勢い良く流れ落ちていく流水が流水循環用揚水パイプ５０１の流水流路側連通部から流水循環用揚水パイプ５０１の内部に入り込むのを防止している。
【0066】
そして、増圧流水吐出口２４１，２４２の付近で最大限に増圧された流水は、図６（ａ）に示すように、流水増圧装置２００の下端部に備わった増圧流水吐出口２４１，２４２から勢い良く吐出し、この下部に取り付けられた２軸回転装置３００の上面の本実施形態では円周方向に五対形成された各対の増圧流水流入口３３１，３３２の中に２軸回転装置３００の構造に起因して交互に勢い良く流れ込んでいく。
【0067】
なお、本実施形態においては、螺旋翼２３０を第１螺旋翼２３１乃至第４螺旋翼２３４の４枚の螺旋翼から形成したが、これを１枚の螺旋翼で形成しても良い。しかしながら、１枚の螺旋翼で形成すると、流路の上端の流入開口部が流水増圧装置上端の周方向１箇所にしか形成されず、本実施形態のような４箇所から４つの流路に流水が流入するというバランスの良い流水導入形態を実現することができない。
【0068】
また、これに加えて、１枚の螺旋翼とすると、そのピッチを本実施形態の各螺旋翼に比べて４分の１としなければならず、２軸回転装置３００に近づくにつれてピッチが細くなり、螺旋翼自体の製造コストが極めて嵩んでしまう。しかしながら、本実施形態の４枚の螺旋翼２３１〜２３４のように複数枚の螺旋翼を準備して、互いに所定間隔隔てた状態で流水増圧シャフト２１０と流水増圧シリンダ２２０との間の空間に取り付けることで、このような問題を解決することが可能となる。
【0069】
図２は、図１に示した流水増圧装置の下部と、２軸回転装置の一部と、これに連なる発電装置を一部透過して部分的拡大図である。図２に示す筐体３２は、螺旋翼２３０を固定した流水増圧シリンダ２２０をしっかりと液密状態を保ったまま支持する役目を果たしている。また、筐体３２は、２軸回転装置３００の真上に流水増圧装置２００の流水増圧シリンダ２２０と密接して一体化する構造を有している。
【0070】
そして、増圧された流水が、流水増圧シリンダ２２０の真下から連続して吐出され、かつこれと同時に排出が直下に円滑に吐き出されるように、増圧流水吐出口２４１，２４２と２軸回転装置３００の外側に突き出す流水放流パイプ５０３に至る半円環状排水路９２０とが一体化して設けられている（図１参照）。また、図２から分かるように、流水増圧シャフト２１０の動力入力軸Ｒ４Ｓと出力側の２軸回転装置３００の第２の回転ピストン側の回転軸３２５が発電装置５００内に一体化している構造を有している。
【0071】
図１及び図２に示す発電装置５００には、流水増圧シャフト２１０の螺旋翼２３０の動力入力軸Ｒ４Ｓのギアのサイドに発電装置５００がギアで連結され、発電装置５００の入力トルクの倍になるようにギア比が施されている。なお、この機構部分には、ここでは図示しない動力伝達遮断手段が設けられ、動力を伝達するか否かを任意に選択できるようになっている。他方、回転軸にあたる２軸回転装置３００の外部に下方に突出するように２つの回転軸３１５,３２５同士が回転同期ギア３１６,３２６で連結されて（図２参照）、このギア比も増幅されて、ダイナモＤＭを駆動させる構造を有している。発電装置５００のシャフトには、図１に示すように、回転増幅器Ｓが一体化している構造となっており、蓄電装置２０と電流及び電圧制御用パワーコンデイショナ２１を備え、発電が出力表示される制御盤２２を備えている。
【0072】
流体機械１の２軸回転装置３００から減圧されて排出された一部の流水は、図１に示す排水流路２９を経由して、１本の排出パイプ３０に合流し、切替弁１１によってその流出方向を２つの排水流出経路の何れかに選択的に流される。以下、図１に基づいて説明する。
【0073】
最初に図１に示す開閉弁９２５を開いて排水を流水放流パイプ５０３から近くの河川２６にいつでも放流できるようにしておく。そして、第１の排水流出経路を利用する形態では、図３及び図５に示す円環状排水管９００に備わる２つの開閉バルブ９９０を閉じた状態とすることで、１つの円環状排水管９００を２つの半円環状排水路９１０，９２０に２分することによって、図１中右側に示す一方の半円環状排水路９２０内の排水を流水放流パイプ５０３によって流体機械１の設置場所の近傍の河川２６に放流する。
【0074】
一方、図１中左側に示す他方の半円環状排水路９１０の排水については、図１に示す切替弁１１を排水循環側のみ全開となるように操作することで、流水循環用揚水パイプ５０１のみに導いて再び流水増圧装置２００の流水増圧シリンダ内の上部流水タンク１００から一定距離だけ下側の部分の螺旋状流水流路２５０に戻す。
【0075】
また、第２の排水流出経路を利用する形態では、図３及び図５に示す円環状排水管９００に備わる２つの開閉バルブ９９０を閉じた状態とすることで、１つの円環状排水管９００を２つの半円環状排水路９１０，９２０に２分することによって、図１中右側に示す一方の半円環状排水路９２０内の排水を流水放流パイプ５０３によって流体機械１の設置場所の近傍の河川２６に放流する。
【0076】
一方、図１中左側に示す他方の半円環状排水路９１０の排水については、図１に示す切替弁１１を揚水放出側のみ全開となるように操作することで、排出パイプ３０を流れる流水を流水外部放出用揚水パイプ５０２のみに導くようになっている。流水外部放出用揚水パイプ５０２はその先端側が開口した開口放出部５０２ａとなっている。
【0077】
この開口放出部５０２ａは、流水増圧装置２００の流水増圧シリンダ２２０の上部流水タンク１００から一定距離だけ下側の部分に位置するようになっている。そして、排出後に揚水された流水を開口放出部５０２ａから下流側に設置された流体機械１を駆動するための取水源ともなる河川（図１では図示せず）に戻したり、流体機械１の設置場所の周辺の畑に作物生育用の水として散水したり、同じく周辺の田んぼに作物生育のための農業用水として供給したりするようになっている。
【0078】
また、第３の排水流出経路を利用する形態では、図３及び図５に示す円環状排水管９００に備わる２つの開閉バルブ９９０を共に開放状態とすることで、１つの円環状排水管９００を２つの半円環状排水路９１０，９２０に２分することなく、円環状排水管９００の中の排水の全てを図１の右側に示す開閉弁９２５を開放状態とすることで、流水放流パイプ５０３によって流体機械１の設置場所の近傍の河川２６に放流するようになっている。このようにして、河川２６における渇水時の対策についても考慮した構造になっている。
【0079】
続いて、２軸回転装置３００について説明する。上述したように、流水増圧装置２００の流水増圧シリンダ２２０の内部において、流水増圧シャフト２１０を螺旋翼２３０と共にモータＭで回転させることで、螺旋状流水流路２５０を流れ落ちながら増圧されていく流水が、流水増圧シャフト２１０の下端に設けられた複数枚の吐き出し翼７７（図１１（ｂ）参照）によって、増圧流水吐出口２４１，２４２から吐出され（図２参照）、この増圧流水吐出口２４１，２４２に連通して開口されている２軸回転装置３００の増圧流水流入口３３１，３３２に流入する（図２参照）。この際に増圧流水が、２軸回転装置３００の各回転ピストン３１０，３２０の受圧面に増圧された流水の圧力を交互に加えることで、各回転ピストン３１０，３２０が勢い良く回転する。これに伴って、外部に突出した各回転軸３１５，３２５も回転し、これに連結し互いに噛合する回転同期ギア３１６，３２６の噛合動作によって各回転ピストン３１０，３２０を互いに反対方向に回転させる構造となっている。
【0081】
具体的には、回転軸３１５，３２５の片方の同軸上に７５：１００の比率でギアＧが、動力入力ギア軸ＫＳの動力ギアＥに連結し、動力ギアＥの同軸上に２：１の比率で半分の径のギアＥｃがダイナモＤＭと一体した回転増幅器Ｓの回転増幅軸ＳＳの同軸上の伝達ギアＲに連結され、発電する構造となっている。
【0082】
このギア比は、２軸回転装置３００の受圧面に増圧された流水の圧力が作用して生じた各回転軸の回転駆動力をギアの回転数の減速によって倍増させるように定められている。このような構造により、発電効率を向上させることができる。
【0083】
つまり、図４に示すように、動力入力ギア軸ＫＳの内部芯に円錐螺旋翼の回転軸が、貫通突出した軸の２重構造を有していて、回転ギアＲ４が回転動力を受け回転する構造と、モータＭの入力伝達ギア軸Ｒ１Ｓに付されたモーターヘッドギアＲ１が中間ギアＲ２の外周に連結し、中間ギアＲ２の入力伝達ギア軸Ｒ２Ｓに２：１の比率で動力伝達ギアＲ３が増圧装置の回転ギアＲ４をモータＭのトルクを増幅して、回転を伝達している構造を有し、増幅装置が円滑に機能するようになっている。
【0084】
図５は、本実施形態において、流水増圧装置２００の下面に備わった五対の増圧流水吐出口２４１，２４２と、この形成位置に対応するように固定配置された五対の２軸回転装置３００の増圧流水流入口３３１，３３２及び減圧流水排出口３４１，３４２を含めた互いの位置関係を示す説明図である。なお、図中符号１１は、排出開放放出と排出揚水配管を示し、符号６３は、機外の配管接続フランジを示している。
【0085】
同図に示すように、流体機械１は、上述の構造を流水増圧装置２００から吐出する流水の流量に適合するように、小サイズの２軸回転装置３００を５つ有している。各２軸回転装置３００は、流水増圧装置２００の流水増圧シリンダ２２０の円形をなす底面と同心の円周上に周方向等間隔で固定配置されている。この際、２軸回転装置３００の受圧面積を大きくすることで、出力を向上させることができる。また、２軸回転装置３００が吐出する流水の流量に合わせて規格化した単体の水力発電装置を利用することが可能である。
【0086】
また、図１及び図５に示すように、２軸回転装置３００の下側には円環状排水管９００が備わっている。そして、円環状排水管９００に沿って周方向等間隔をなして五対の２軸回転装置３００の減圧流水排出口３４１，３４２が円環状排水管９００の円周方向所定の場所において互いに連通するようになっている。
【0087】
また、図５に示すように、円環状排水管９００の円周方向においては、互いに対向する位置に開閉バルブ９９０が備わっている。これによって、開閉バルブ９９０を共に閉じると、円環状排水管９００は、図５における左側の半円環状排水路９１０と右側の半円環状排水路９２０に互いに独立して分離し、五対ある２軸回転装置３００のうち一部の２軸回転装置の減圧流水排出口３４１，３４２から排出した流水が一方の半円環状排水路９１０に流入し、残りの２軸回転装置３００の減圧流水排出口３４１，３４２から排出した流水は他方の半円環状排水路９２０に流入するようになっている。
【0088】
また、図１及び図５に示す一方の半円環状排水路９１０は、切替弁１１の切り替えによって流水循環用揚水パイプ５０１と流水外部放出用揚水パイプ５０２の何れか一方に連通するようになっている。また、図５に示す他方の半円環状排水路９２０は、流水放流パイプ５０３に連通して流水放流パイプ５０３の他端は河川２６の上側に位置するようになっている。
【0089】
同図面から明らかなように、本流体機械１は単体で構成でき、流水若しくは、溶液の取りこみ管と排出管の接続を繋げることで、何処へでも移動して設置できることが分かる。
【0090】
このことは、密閉構造で一体化の製品化をなし、量産化することで発電コストを抑えることにつながる。このような機能性に富んだ万能な水力発電装置の普及により特に小水路や小河川における流水を再生可能エネルギーとして有効利用することを促進できる。
【0091】
続いて、図５に示した５つの２軸回転装置３００の共通する個々の構造について説明する。図６は、流水増圧装置２００によって増圧されてこの増圧流水吐出口２４１，２４２から吐出した流水が２軸回転装置３００に入り込んで、２軸回転装置３００を駆動した後に減圧されて２軸回転装置３００から排出される流水の流れを示す説明図（図６（ａ））及び２軸回転装置３００の構造をその回転ピストン３１０，３２０の中心軸線と垂直に交差する方向に切断して示す断面図（図６（ｂ））である。
【0092】
図６は、流水増圧装置２００の増圧流水吐出口２４１，２４２及び２軸回転装置３００の増圧流水流入口３３１，３３２を経て流入した増圧された流体が、２軸回転装置３００の回転ピストン３１０，３２０を回転駆動させながら減圧流水排出口３４１，３４２から排出される構造を示している。具体的には、図６（ａ）に示すように、流水増圧装置２００の下端に設けられた増圧流水吐出口２４１，２４２から増圧された流水が連続的に吐出され、この流水が２軸回転装置３００の増圧流水流入口３３１，３３２に流入し、２軸回転装置３００の各回転ピストン３１０，３２０の受圧面（第１の接続周面）３１３，３２３（図６（ｂ）参照）に瞬間的に大きな圧力を作用させ、各回転ピストン３１０，３２０を交互に勢い良く回転駆動させた後、２軸回転装置３００の減圧流水吐出口３４１，３４２から排水パイプ３０を経て排出される構成を示している（図６（ａ）に点線で示す矢印参照）。なお、排水パイプ３０は、図５に示す円環状排水管９００に接続されている。
【0093】
上述の通り、流体機械１の設置状態で見て、流水増圧装置２００の下端面には、互いに近接した２つの増圧流水吐出口２４１，２４２が、本実施形態では五対備わっている。この五対の互いに近接した２つの増圧流水吐出口２４１，２４２は、流水増圧装置２００の下端面の中心周りにおいてその中心から同一の距離で、周方向等間隔に備わっている。そして、その下端面は、この増圧された流水吐出口を除いて流水増圧装置２００の内部において液密状態を保つように閉塞している。
【0094】
続いて、２軸回転装置３００の詳細な構造について説明する。なお、以下の説明においては、図面に基づく発明の理解の容易化を図るために、他の図面においては表示されていない符号を付して詳細に説明する。図６（ｂ）は、２軸回転装置の構造をその回転ピストンの中心軸線と垂直に交差する方向に切断して示す断面図である。
【0095】
２軸回転装置３００は、２軸回転駆動用シリンダ３５０と、２軸回転駆動用シリンダ３５０に収容され回転軸が２軸回転駆動用シリンダ３５０内に液密状態でそれぞれ収容された第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０を有している。そして、２軸回転駆動用シリンダ３５０は、第１及び第２の２つの回転ピストン３１０，３２０を収容する回転ピストン収容空間３５１を有している。
【0096】
２軸回転装置３００には、流体機械１の設置状態で見て、２軸回転駆動用シリンダ３５０の上面に、互いに近接した２つの増圧流水流入口３３１，３３２が備わり、かつ２軸回転駆動用シリンダ３５０の下面に、互いに近接した２つの減圧流水排出口３４１，３４２が備わっている。
【0097】
回転ピストン収容空間３５１は、平面視で２つの円の一部が重なり合った輪郭（いわゆる瓢箪形と呼ばれる輪郭）を有する空間として形成されている。回転ピストン収容空間３５１の高さは、第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０の厚さとほぼ同等となっており、回転ピストン収容空間内においてこの空間の上面や下面と第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０の間の液密状態を保ちながら、回転ピストン収容空間内において第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０が回転可能となっている。
【0098】
第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０からなる２つの回転ピストンはそれぞれ、上述した所定の厚さを有し、外周面が平面視で曲率半径の大きい大径外周面３１１，３２１と曲率半径の小さい小径外周面３１２，３２２と、これらをそれぞれ繋ぎ増圧された流水の受圧面としての役目を果たす第１の接続周面（受圧面）３１３，３２３及び前記受圧面と周方向反対側に対向して形成され、減圧した流水の接する背圧面としての役目を果たす第２の接続周面（背圧面）３１４，３２４とから構成された平面視異形半月形を有している。
【0099】
第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０の大径外周面３１１，３２１は、それぞれ回転ピストン収容空間３５１の内周面に液密状態を保ちながら回転ピストン収容空間内で第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０が回転可能に接する曲率半径を有している。
【0100】
また、第１の回転ピストンの小径外周面３１２は、回転ピストン収容空間３５１の中央部において、第２の回転ピストン３２０の大径外周面３２１と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有している。また、第２の回転ピストンの小径外周面３２２は、回転ピストン収容空間３５１の中央部において、第１の回転ピストン３１０の大径外周面３１１と一箇所で液密状態を保ちながら線接触するような曲率半径を有している。
【0101】
そして、２つの回転ピストン３１０，３２０からは、流体機械１の設置状態で見て、回転ピストン３１０，３２０の回転中心と同心をなす回転軸３１５，３２５が２軸回転駆動用シリンダ３５０の下面から下方に突出している。なお、回転軸３１５，３２５は、２軸回転駆動用シリンダ３５０に対して液密状態を保ちながら回転自在に取り付けられている。
【0102】
２本の回転軸３１５，３２５には、互いに噛合した回転同期ギア３１６，３２６が備わり、この２つの回転同期ギア３１６，３２６の噛合により、回転軸３１５，３２５の回転角度に応じて、２軸回転駆動用シリンダ３５０の回転ピストン収容空間内において、一方の回転ピストン３１０（３２０）の大径外周面３１１（３２１）と他方の回転ピストン３２０（３１０）の小径外周面３２２（３１２）が液密状態を保つように線接触するか、一方の回転ピストン３１０（３２０）の小径外周面３１２（３２２）と他方の回転ピストン３２０（３１０）の大径外周面３２１（３１１）が液密状態を保つように線接触するかの選択的状態を常に維持するようになっている。
【0103】
また、上述したように流水増圧装置２００の下端面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水吐出口２４１，２４２のそれぞれは、２軸回転駆動用シリンダ３５０の上面に形成され互いに近接した一対の２つの増圧流水流入口３３１，３３２のそれぞれに液密状態で連通している。
【0104】
そして、第１の回転軸３１５の回転角度に応じて、第１の回転ピストン３１０と回転ピストン収容空間３５１とで画成される空間（図７（ａ）に示す状態参照）か、又は第１の回転ピストン３１０と回転ピストン収容空間３５１と第２の回転ピストン３２０の大径外周面３２１とで画成される空間（図６（ｂ）に示す状態参照）が、第１の回転ピストン３１０の回転駆動用流水充填空間３１８を形成するようになっている。
【0105】
また、第２の回転軸３２５の回転角度に応じて、第２の回転ピストン３２０と回転ピストン収容空間３５１とで画成される空間（図６（ｂ）に示す状態参照）か、又は第２の回転ピストン３２０と回転ピストン収容空間３５１と第１の回転ピストン３１０の大径外周面３１１とで画成される空間（図７（ａ）に示す状態参照）が、第２の回転ピストン３２０の回転駆動用流水充填空間３２８を形成するようになっている。
【0106】
更には、第１の回転軸３１５の回転角度に応じて、第１の回転ピストン３１０と回転ピストン収容空間３５１と第２の回転ピストン３２０の大径外周面３２１とで画成される第１の回転ピストン３１０の回転駆動用流水充填空間３１８が、第１の空間部３１８ａと第２の空間部３１８ｂの２つの空間に液密状態で仕切られた状態で（図９（ａ）に示す状態参照）、２軸回転駆動用シリンダ３５０の上面に備わった一対の増圧流水流入口３３１，３３２のうち一方の増圧流水流入口３３１から第１の空間部３１８ａに増圧された流水が入り込むと共に、第２の空間部３１８ｂから２軸回転駆動用シリンダ３５０の下面に備わった一対の減圧流水排出口３４１，３４２のうち一方の減圧流水排出口３４１から減圧した流水が排出されるように各増圧流水流入口３３１，３３２と減圧流水排出口３４１，３４２が２軸回転駆動用シリンダ３５０の所定位置に備わっている。
【0107】
また、第２の回転軸３２５の回転角度に応じて、第２の回転ピストン３２０と回転ピストン収容空間３５１と第１の回転ピストン３１０の大径外周面３１１とで画成される第２の回転ピストン３２０の回転駆動用流水充填空間３２８が、第１の空間部３２８ａと第２の空間部３２８ｂの２つの空間に液密状態で仕切られた状態で（図７（ｂ）に示す状態参照）、２軸回転駆動用シリンダ３５０の上面に備わった一対の増圧流水流入口３３１，３３２のうち他方の増圧流水流入口３３２から第１の空間部３２８ａに増圧された流水が入り込むと共に、第２の空間部３２８ｂから２軸回転駆動用シリンダ３５０の下面に備わった一対の減圧流水排出口３４１，３４２のうち他方の減圧流水排出口３４２から減圧した流水が排出されるように各増圧流水流入口３３１，３３２と減圧流水排出口３４１，３４２が２軸回転駆動用シリンダ３５０の所定位置に備わっている。
【0108】
これによって、第１の回転ピストン３１０の回転駆動用増圧流水充填空間３１８の第１の空間３１８ａ及び第２の空間３１８ｂと第２の回転ピストン３２０の回転駆動用増圧流水充填空間３２８の第１の空間３２８ａ及び第２の空間３２８ｂへの増圧流水の流入と減圧流水の排出を所定の時間差で共に行うようになった開閉弁機能を２軸回転駆動装置３００が有するようにしている。
【0109】
また、２軸回転駆動用シリンダ３５０の各減圧流水排出口３４１，３４２には、これらの排出口への排水を促すための減圧排水促進溝３７１，３７２がそれぞれ備わっている（図７乃至図９参照）。なお、図７乃至図９においては、減圧排出促進溝３７１，３７２の排出口側端部は、シリンダ内部に形成された連通路（図示せず）によって繋がっている。しかしながら、減圧排出促進溝３７１，３７２の排出口側端部は、各減圧流水排出口３４１，３４２に直接繋がっていても良い。
【0110】
更には、本実施形態においては、第２の回転軸３２５に発電装置５００を駆動する伝達機構４００が備わっている。しかしながら、この伝達機構４００は、第１の回転軸３１５か第２の回転軸３２５の何れか一方に備わっていれば良い。
【0111】
流水増圧装置２００と２軸回転装置３００は一体化した構造を有していると共に、２軸回転駆動用シリンダ３５０のフランジ厚は、排水配管距離と対応するようになっている。また、減圧流水排出口３４１，３４２は、増圧された流水から受ける圧力に基づいて２軸回転装置３００の一方の回転ピストン３１０（３２０）の回転で注入口が閉じると、減圧排出促進溝３７１，３７２に達し、更には減圧流水排出口３４１，３４２が大きく開口し、流水増圧装置２００で増圧された流水の圧力がこの排出側において瞬時に減圧され、下部フランジ厚の配管距離で直下の配管から排出されるようになっている。
【0112】
２軸回転装置３００の増圧流水流入口３３１，３３２に流入する増圧された流水は、左右の回転ピストン３１０，３２０と２軸回転駆動用シリンダ３５０の内壁で塞がれる。そして、増圧されたまま行き場のない流水は、回転ピストン３１０，３２０の第１の空間部３１８ａ，３２８ａに流れ込む際の圧力で受圧面３１３，３２３を交互に押し続ける。他方、回転ピストン３１０，３２０の第２の空間部３１８ｂ，３２８ｂは減圧流水排出口３４１，３４２に開放されていて排出され、回転ピストン３１０，３２０の回転を妨げるような抵抗力を生じさせることなく、回転ピストン３１０，３２０を交互に回転駆動させる。
【0113】
図６（ａ）に示すように、左側の回転ピストン３１０の第１の回転軸３１５は、外部に突出しておりかつ回転同期ギア３１６を備え、右側回転ピストン３２０の第２の回転軸３２５に備わった回転同期ギア３２６と噛合している。
【0114】
一方、右側の回転ピストン３２０は、増圧された流水の圧力の作用による強制回転を終えて、その回転の慣性力及び回転同期ギア３１６と回転同期ギア３２６の噛合による左側の回転ピストン３１０から伝わる回転力を利用して第２の空間部３１８ｂ，３２８ｂの残水は、減圧流水排出口３４１，３４２から強制排出される。
【0115】
この２軸回転装置３００の左側の第１の回転ピストン３１０と右側の第２の回転ピストン３２０とは、それぞれが回転中は絶えず液密状態を保ちながら１箇所で線接触した状態で密接していて、夫々が回転作動で流水の注入及び排出の開口部を開閉する弁の機能を果たす構成を有している。
【0116】
また、増圧流水流入口３３１，３３２及び減圧流水排出口３４１，３４２の双方の開閉弁機能としては、開口部が円形になっていて、回転ピストンの底部底面が液密状態を保って密閉されていて、回転ピストン３１０，３２０の回転に伴い、回転ピストン３１０，３２０の上面と下面が増圧流水流入口３３１，３３２及び減圧流水排出口３４１，３４２の開閉弁としての役目を果たす。即ち、増圧流水流入口３３１，３３２及び減圧流水排出口３４１，３４２が２軸回転ピストン３１０，３２０によって閉じられたり開かれたりする。また、この開閉動作の最中、これらの開閉弁の形状は、平面視で三カ月、半月、満月状に開閉し、回転駆動用流水充填空間３１８，３２８への増圧された流水の流入と減圧した流水の排出に際して、衝撃波や振動の発生を防止する機能を有している。
【0118】
図７（а）においては、図中左側に位置する第１の回転ピストン３１０の大径外周面３１１が、図中右側に位置する第２の回転ピストン３２０の小径外周面３２２と、周面方向の１箇所（シリンダの平面視で中央部分）において線接触して液密状態を保った瞬間を示している。
【0119】
この場合、第１の回転ピストン上面によって第１の増圧流水流入口３３１が閉塞されると共に、第１の回転ピストン３１０のピストン下面によって第１の減圧流水排出口３４１が閉塞されている。一方、２軸回転駆動用シリンダ３５０の第２の増圧流水流入口３３２の大部分が、第１の回転ピストン３１０のピストン上面を除いて開口している。同じく、２軸回転駆動用シリンダ３５０の第２の減圧流水排出口３４２の開口部は、第１の回転ピストン３１０のピストン下面を除いてかなりの割合で開口している。
【0120】
この状態において第２の回転ピストン３２０の回転駆動用流水充填空間３２８は、同図から分かるように、第１の空間部３２８ａと第２の空間部３２８ｂの２つの空間部に互いに液密状態を保ちながら二分されている。そして、流水増圧装置２００の増圧流水吐出口２４２から吐出した流水が、２軸回転駆動用シリンダ３５０の第２の増圧流水流入口３３２を通って第１の空間部３２８ａに勢い良く流れ込む。一方、第２の空間部３２８ｂからは、この空間部において充満した減圧した流水が、２軸回転駆動用シリンダ３５０の背圧面３２４による押し出しによって減圧流水排出口３４２から排出される。
【0121】
第１の空間部３２８ａに勢い良く流入した増圧された流水は、第２の回転ピストン３２０の周面や２軸回転駆動用シリンダ３５０の回転ピストン収容内壁からの抵抗を受けることなく、第２の回転ピストン３２０の受圧面３２３に当たって、この受圧面３２３に増圧された流水の圧力が瞬時に作用する。これによって、第２の回転ピストン３２０は、図中反時計回り方向の矢印に示すように、この受圧推進力によって勢い良く回転する。一方、第２の空間部３２８ｂに溜まった減圧した流水は、第２の回転ピストン３２０の周面や２軸回転駆動用シリンダ３５０の回転ピストン収容空間３５１の内壁から抵抗を受けることなく、減圧流水排出口３４２から速やかに排出される。
【0122】
これによって、第２の回転ピストン３２０は、図７（ａ）から図７（ｂ）に至る位置まで勢い良く回転する。この際、第１の回転ピストン３１０と第２の回転ピストン３２０の回転軸３１５，３２５にそれぞれ備わった同じ径で同じ歯数を有する第１及び第２の回転同期ギア３１６，３２６が互いに噛み合っているので、第２の回転ピストン３２０の回転力が第１の回転ピストン３１０を同期回転させ、第１の回転ピストン３１０も図７（ｂ）に示す位置まで回転移動する。
【0123】
図７（ｂ）に示す状態においては、第１の回転ピストン３１０は、図７（ａ）に示す状態から約３０度程度時計回り方向に回転しており、２軸回転駆動用シリンダ３５０の第１の減圧流水排出口３４１の開口部の殆どが流水充填空間に連通しており、回転駆動用流水充填空間３１８に充満し減圧した流水が、この第１の減圧流水排出口３４１から勢い良く排出される。
【0124】
なお、２軸回転駆動用シリンダ３５０の第１の増圧流水流入口３３１は、第１の回転ピストン３１０のピストン上面によって閉塞されている。一方、第２の回転ピストン３２０は、図７（ａ）に示す状態から約３０度程度反時計回り方向に回転しており、２軸回転駆動用シリンダ３５０の第２の増圧流水流入口３３２の開口部の殆どが、図７（ａ）と同様に回転駆動用流水充填空間３２８の第１の空間部３２８ａに連通して、流水増圧装置２００において増圧され流水吐出口２４１から勢い良く流れ出る流水が、第１の空間部３２８ａに流れ込む。これによって、第２の回転ピストン３２０の受圧面３２３に増圧された流水の圧力を瞬時に作用させ、第２の回転ピストン３２０を円周方向反時計回りに更に回転させる。
【0125】
この際、２軸回転駆動用シリンダ３５０の回転ピストン収容空間３５１の内壁部及び第２の回転ピストン３２０の小径外周面３２２は、第１の空間部３２８ａに流れ込む流水の流れ方向に沿っているため、流水の流入に対して抵抗となることなく、増圧された流水の圧力を第２の回転ピストン３２０の受圧面３２３に効率的に作用させることができる。また、第２の回転ピストン３２０の回転駆動用流水充填空間３２８の第２の空間部３２８ｂに充満した減圧した流水は、第２の減圧流水排出口３４２から殆ど排出されている。
【0126】
このようにして、第２の回転ピストン３２０が反時計回り方向に勢い良く回転すると同時に、第２の回転ピストン３２０から２軸回転駆動用シリンダ３５０の外部に突出した第２の回転軸３２５も回転する。そして、第２の回転軸３２５の端部に備わった回転同期ギア３２６も回転する。回転同期ギア３２６は、第１の回転ピストン３１０からシリンダ３５０の外部に突出した第１の回転軸３１５の端部に備わる回転同期ギア３１６と噛合している。回転同期ギア３１６と回転同期ギア３２６は、同径でギアの歯数も同一のため、回転同期ギア３２６の回転により回転同期ギア３１６及び第１の回転軸３１５を介して、第１の回転ピストン３１０も第２の回転ピストン３２０と同一の回転速度で互いに反対方向に回転し続ける。
【0127】
このようにして、図７（ｂ）の状態から図８（ｃ）の状態を経て図８（ｄ）の状態に移行する。図８（ｄ）の状態においては、第１の回転ピストン３１０によって閉塞されていた第１の増圧流水流入口３３１が、第１の回転ピストン側の回転駆動用流水充填空間３１８の第１の空間部３１８ａと連通して、この第１の空間部３１８ａに流水増圧装置２００の下端に備わった第１の増圧流水吐出口２４１から増圧された流水が流れ込み始める。
【0128】
そして、図８（ｄ）の状態から図９（ｅ）の状態に移行すると、第１の増圧流水流入口３３１の大部分が、回転駆動用流水充填空間３１８の第１の空間部３１８ａと連通して、第１の回転ピストン３１０が、図７（ａ）に示した第２の回転ピストン３２０と同様の状態となる。即ち、第１の空間部３１８ａに勢い良く流入した増圧された流水は、第１の回転ピストン３１０の周面や２軸回転駆動用シリンダ３５０の回転ピストン収容空間３５１の内壁からの抵抗を受けることなく、第１の回転ピストン３１０の受圧面３１３に増圧された流水の圧力が瞬時に作用する。
【0129】
その結果、第１の回転ピストン３１０は、図中時計回り方向の矢印に示すように、この受圧推進力によって勢い良く回転する。一方、第２の空間部３１８ｂに充満した減圧した流水は、第１の回転ピストン３１０の小径外周面３１２や２軸回転駆動用シリンダ３５０の回転ピストン収容空間３５１の内壁から抵抗を受けることなく、第１の減圧流水排出口３４１から背圧面３１４の押し出し力によって速やかに排出される。
【0130】
これによって、第１の回転ピストン３１０は、図９（ｅ）から図９（ｆ）に至る位置まで勢い良く回転する。この際、第１の回転ピストン３１０と第２の回転ピストン３２０の回転軸３１５，３２５にそれぞれ備わった同じ径で同じ歯数を有する回転同期ギア３１６，３２６が互いに噛み合っているので、第１の回転ピストン３１０の回転力が第２の回転ピストン３２０を同期して回転させ、第２の回転ピストン３２０も図９（ｆ）に示す位置まで回転移動する。
【0131】
以上のような第１の回転ピストン３１０と第２の回転ピストン３２０の交互の回転駆動及び第１の回転ピストン３１０に備わった第１の回転同期ギア３１６及び第２の回転ピストン３２０に備わった第２の回転同期ギア３２６の互いの噛合により、第１の回転ピストン３１０と第２の回転ピストン３２０は協働して安定した回転数で滑らかに回転する。この回転駆動力を、本実施形態においては第２の回転軸３２５に備わった回転力伝達ギア３２７及び複数のギアの伝達機構４００を介して発電装置５００に伝達することで、発電を効率良く行うことが可能となる（図１及び図２参照）。
【0132】
次いで、本発明の上述の流体機械１の機能の補足説明を行う。図１０は、流体機械１の内部構造を透過的に示す説明図である。図１０に示すように、流水増圧装置２００と２軸回転装置３００が一体化している。また、図１１（ａ）は、図１０における螺旋翼２３０の流水増圧シリンダ最上部の１段目の４枚の配置を示しており、流水増圧シリンダ２２０の軸心から正確に４等分に分割されている。この際、その上段の端部は、図１１（ｂ）及びこの一部を拡大した図１１（ｃ）に示すごとく、剃刀の刃のように鋭利に加工されているのが好ましい。
【0133】
また、図１２は、流水増圧装置２００の下端部をその螺旋翼２３０の下端における凹型翼と共に示す説明図（図１２（ａ））及び流水増圧装置２００の流水増圧シャフトの下端における円錐螺旋部分の詳細と吐出翼、流水増圧シャフト用ベアリングによる支持構造を透過的に示す説明図（図１２（ｂ））である。下段の端部の吐き出し翼７７は、等分の螺旋翼の間に複数枚を流水増圧シャフト２１０の周りの吐き出し空間に施すことが、増圧された流水の好ましい吐出を促すようになり、増圧された流水の連続した吐出を可能とする。また、流水増圧シャフト２１０は、中空となっており、この中空の内部に錘７８を備えることで、回転遠心力と遠心加速度によるモータＭの負荷軽減を図るのが好ましい。
【0134】
また、螺旋翼２３０と筐体３２の間に微妙な緩衝を設け、圧力による円錐螺旋翼の自重の軽減を促すことが好ましい。また、図１２（ｂ）に示すように、流水増圧シャフト２１０の軸受２７は、この緩衝を妨げない構造にし、円錐螺旋翼と筐体の面接触を避け、硬質ベアリング等で摩擦損失の軽減を図る構成にするのが良い。
【0135】
続いて、本実施形態に係る流体機械１の動作手順について図１に基づいて説明する。まず流体機械１の２軸回転装置３００から排出され減圧した流水の一部が流水循環用揚水パイプ５０１を経由して流水増圧装置２００の流路内に再び戻される動作手順ついて説明する。
【0136】
この動作を行うにあたって、図１に示す切替弁１１の切り替え位置を排水パイプ３０が流水循環用揚水パイプ５０１のみに連結するように切り替える。また、開閉弁９２５は開放しておく。なお、円環状排水管９００の２つの開閉バルブ９９０は、共に閉塞しておく。これによって、図１に示す一方の半円環状排水路９１０が、この流水を外部に放出する流水循環用揚水パイプ５０１のみに連通する。
【0137】
次いで、流水増圧装置２００が流水で満たされた後、モータＭによって流水増圧シャフト２１０を回転させることで、螺旋状流水流路２５０自体もこの中に貯まった流水と共に回転させ、螺旋状流水流路２５０内に残留した空気や２軸回転装置３００の回転駆動用流水充填空間３１８，３２８に残留した空気を、図１に示す空気抜きバルブ２３から流体機械１の外部に放出する。また、流水循環用揚水パイプ５０１に溜まった空気も空気抜きバルブ２４から流体機械１の外部に全て放出する。
【0138】
流水増圧装置２００の下端に備わった合計五対の増圧流水吐出口２４１，２４２と２軸回転装置３００の上面に備わる五対の増圧流水流入口３３１，３３２とは連通しているので、増圧された流水がこの部分において抵抗を受けることなく流れ落ちる。
【0139】
そして、河川２５から取水桝０６及び導入管路０１を経て上部流水タンク１００に河川２５の流水を流入させる。上部流水タンク１００と流水増圧装置２００との間を連通し、流水増圧装置２００の内部の流路に上部流水タンク１００から流水を導入して流水増圧装置２００の流路全体が常に流水で満たされた状態で螺旋状流水流路２５０自体を回転させ続ける。
【0140】
これによって、螺旋状流水流路２５０を流れ落ちる流水は、螺旋状流水流路２５０がモータＭによって流水を強制的に下方に押し出していく方向に回転しているので、流水の元々有していた位置エネルギーだけでなく流水増圧装置２００の下端に達するまでに何度も流路の周面を旋回しながら遠心力の作用を受けると共に、流れ落ちていくにつれて断面積が狭くなっていく流路に強制的に押し込むように流れ込んで行くことによって増圧していく。増圧された流水はその後、増圧されて流水増圧装置２００の増圧流水吐出口２４１，２４２から２軸回転装置３００の五対ある増圧流水流入口のうち、各対の増圧流水流入口３３１，３３２の一方の対の増圧流水流入口３３１に勢い良く流入する。
【0141】
これにより、２軸回転装置３００の第１の回転ピストン３１０が勢い良く回転し、この回転動作により第１の回転ピストンの上面が一方の増圧流水流入口を閉塞すると同時に、第１の回転ピストン３１０と第２の回転ピストン３２０のそれぞれの回転軸３１５，３２５に備わり互いに噛合したギアの作用により、第２のピストン３２０も第１のピストン３１０と同期して回転する。その結果、各対の増圧流水流入口３３１，３３２の他方の対の増圧流水流入口３３２を流水増圧装置２００の下端に形成された各一対の増圧流水吐出口２４１，２４２のうち他方の増圧流水吐出口２４２と連通させる。
【0142】
続いて、２軸回転装置３００の第２の回転ピストン３２０が勢い良く回転し、これに同期して第１の回転ピストン３１０も回転する。このような動作を繰り返すことによって、流水増圧装置２００の底部において本実施形態では五対ある増圧流水吐出口２４１，２４２の各対の一方又は他方の増圧流水吐出口から増圧された流水が２軸回転装置３００の五対ある増圧流水流入口３３１，３３２の各対の一方又は他方の増圧流水流入口に勢い良く流れ込み続ける。
【0143】
これによって、第１の回転ピストン３１０又は第２の回転ピストン３２０が連続的に回転駆動され、これに設けた回転軸３１５，３２５の一方及び伝達機構４００を介して発電装置５００により発電することが可能となる。
【0144】
また、本実施形態の場合、２軸回転装置３００の下部に五対設けられた減圧した流水を排出する減圧流水排出口３４１，３４２のそれぞれの対の各対から交互に排出される減圧した流水の一部を一方の半円環状排水路９１０、切替弁１１、及び循環用揚水パイプ５０１を介して流水増圧装置２００の所定位置まで揚水してこの部分に位置する流水増圧装置の内部の流路に再び戻す。
【0145】
なお、他方の半円環状排水路９２０に流入した流水は、流水放流パイプ５０３を通って流体機械１の近傍の河川２６に放出される。そして、この放出された流水の流量に相当する分が、上流の河川２５から上部流水タンク１００を経て流水増圧装置２００の中に流入し、上述の発電と排水の一部の揚水を続ける。
【0146】
このような動作を繰り返すことによって、効率的な発電を行いながら取水源の河川らから無駄に取水することなく最小限の取水量で発電を行うことができる。これによって、この流体機械１の設置場所より下流にある田んぼや畑の土地の地権者にこれら田んぼや畑の作物の生育に影響を与えるような河川における流水量の減少を防止することができる。
【0147】
続いて、上述したように２軸回転装置３００から排出され減圧した流水の一部を、流水外部放出用揚水パイプ５０２を経由させて流水増圧装置２００の流路内に戻す形態以外の動作手順について説明する。この最初の動作手順として、基本的には最初の操作手順と同様であるが、異なる操作もあるので一応説明しておく。最初に、図１に示す切替弁１１の切り替え位置を排水パイプ３０が流水外部放出用揚水パイプ５０２のみに連結するように切り替える。また、開閉弁９２５は開放しておく。なお、円環状排水管９００の２つの開閉バルブ９９０は、共に閉塞しておく。これによって、図１に示す一方の半円環状排水路９１０が、この流水を外部に放出する流水外部放出用揚水パイプ５０２のみに連通する。
【0148】
これにより、流体機械１の２軸回転装置３００から排出され減圧した流水の一部を、流水外部放出用揚水パイプ５０２を用いて流水増圧装置２００の上部流水タンク１００が備わった上端部より低い高さまで流水を揚水し、その先端の開口放出部５０２ａから流体機械１の外部に放出することができる。
【0149】
更に別の形態として、流体機械１の２軸回転装置３００から排出され減圧した流水をそのまま流体機械１の近傍の河川に放流したり田んぼに放水したりする場合は、最初の動作手順として、図５に示す円環状排水管の２つの半円環状排水路９１０，９２０をそれぞれ２つの開閉弁を開くことによって開放連結状態にするように切り替える。また、切替弁１１についても閉塞１に切り替え、排水が流水循環用揚水パイプ５０１や流水外部放出用揚水パイプ５０２に流れ込まないようにしておく。
【0150】
このようにして、切替弁１１及び開閉バルブ９９０を適宜開閉することで、円環状排水管９００から排出される減圧した流水を３パターンの方向に流すことができる。これによって、河川２５からの取水量を極力減らしたり、流体機械１の設置場所から若干離れた畑に作物成育用の水を散水したり、流体機械１の近傍の河川２６の水量が極めて少なくなった場合や近くの田んぼに農業用水が必要となった場合に河川２６に直接放水することができる。
【0151】
続いて、上述した実施形態とは異なる本発明に係る流体機械１の特別な使用方法について説明する。この特別な使用方法においては、発電装置５００による発電を行うことなく、蓄電装置２０に貯えた電力等を用いてモータＭを回転させながら流体機械１を動かし、かつ流水外部放出用揚水パイプ５０２を用いて２軸回転装置３００から流れ出した排水を全て外部に放出する形態である。以下にこの手順について説明する。
【0152】
最初に、円環状排水管９００の２つの開閉バルブ９９０を開放して半円環状排水路９１０，９２０を互いに連通させる。これと同時に切替弁１１を操作して流水外部放出用揚水パイプ５０２のみがこの切替弁１１で開放されるようにする。また、開閉弁９２５については、閉塞しておく。また、図２に示すギア分離クラッチＧＢを作動させる。このギア分離クラッチＧＢは、２軸回転装置３００から伝達機構４００を介して発電装置５００に伝わる駆動伝達力を解除する解除装置としての役目を果たす。そして、この解除装置としてのギア分離クラッチＧＢによって発電装置５００への駆動伝達力を伝達しないようにする。
【0153】
次いで、当初の流体機械１の全体を流水で満たして流水増圧装置２００及び２軸回転装置３００の回転駆動用流水充填空間３１８，３２８内に流水を貯める。そして、流水が貯まった後に蓄電装置２０に貯えた電力等を用いてモータＭを回転させながら流体機械１を動かす。これによって、流体機械１に貯まった流水は、２軸回転装置３００の減圧流水排出口３４１，３４２から円環状排水管９００、切替弁１１を経て流水外部放出用揚水パイプ５０２で揚水してからその先端の開口放出部５０２ａから流体機械１の外部に全て放出される。
【0154】
この特別な使用方法においては、ギア分離クラッチＧＢによって２軸回転装置３００から伝達機構４００を介して発電装置５００にこの発電装置５００を駆動するための駆動伝達力が伝わらないようになっている。そのため、発電装置５００によって発電することはないが、上述の実施形態のように必要とされる発電負荷が全くかからないため、上述の実施形態に比べて２軸回転装置３００の第１の回転ピストン３１０及び第２の回転ピストン３２０が共に高速回転し、減圧流水排出口３４１，３４２から実質的に殆ど減圧されていない流水が円環状排水管９００に流れ込む。これによって、流水増圧装置２００によって増圧された流水が殆ど減圧されることなく流水外部放出用揚水パイプ５０２の先端の開口放出部５０２ａから流体機械１の外部に全て放出される。
【0155】
その結果、流体機械１の設置場所の近くに例えば規模の大きい畑がある場合、流水外部放出用揚水パイプ５０２の先端の開口放出部５０２ａから流水をこの畑全体に向かってで勢い良く散水することができる。これによって、近年の異常気象によって農作物の生育時期に降水量が極端に少なくなった場合であっても、生産計画通りに農作物を収穫することができ、畑の所有者に対しても経済的安定の効果をもたらすことができる。
【0156】
次いで、流水増圧装置２００と２軸回転装置３００が一体化して単体となった流体機械１の実施例を、灌漑用水路での取水と排出揚水の一例を説明する。図１３は、本実施形態における流体機械１を河川に実際に設置した状態を示す説明図である。また、図１４は、図１３とは異なる本実施形態の流体機械１の使用形態を示す説明図である。図１３の流体機械Ａは、図１４の地形断面図に示す流体機械Ａ２のように、水路より低所に本流体機械１を設置した場合は、水路から直接取水することができ、導入管路０１を水路の中に水没させて、水路の流勢を活用した取水をすることができる例である。また、その場合の排出は、有効落差がある程度あって増圧の元圧を必要とする。
【0157】
従って、図１３に示すように、流体機械Ａと流体機械Ｂとの２機の連結が望ましく、戻し排水も水路に斜路放出することで、水路の流速による吸引作用が排出揚水負荷の軽減を促すことができる。また、図１３に示す流体機械Ｃの設置状態は、地形に関して高低差がさほど無く、導入配管は長いが有効落差はない取水例を示しており、戻し排出揚水が可能な例である。図１３に示す流体機械Ｄは、平坦地の水路際に設置して充分な有効落差があって元圧が充分で発電して、或いは出力を抑えて、本流体機械よりも高い所の畑等に排出揚水する例である。
【0158】
以下に、上述した図１３と図１４における本発明に係る各流体機械の使用態様をより詳細に説明する。図１３における流体機械Ａと流体機械Ｂは互いに近接して設置されている。そして、流体機械Ｂの取水口より僅か上流に流体機械Ａからの流水外部放出用揚水パイプ５０２の水を放流するようになっている。流体機械Ｂについても同様に流水外部放出用揚水パイプ５０２が流体機械Ｂからさほど遠くない位置に延在し、揚水パイプ内の排水の一部を再び水路に戻すようになっている。
【0159】
このような配置にすることによって、流体機械Ａの設置場所の土地の地権者と流体機械Ｂの設置場所の土地の地権者が異なる場合であっても、流体機械Ａの設置場所の土地の地権者が流体機械Ａを設置する際に、流体機械Ｂの設置場所の土地の地権者の同意を得る必要がなくなる。
【0160】
同様に流体機械Ｂの設置場所の土地の地権者と流体機械Ｃの設置場所の土地の地権者が異なる場合であっても、図１３に示す態様であれば流体機械Ｂの設置場所の土地の地権者が流体機械Ｃの設置場所の土地の地権者の同意を得ずに流体機械Ｂを設置することができる。このようにすることでそれぞれの土地にそれぞれの流体機械を独自に設置することができるので、この流体機械の普及促進を図ることが可能となる。
【0161】
なお、流体機械Ｃは、流体機械Ａ及びＢと異なり、流水を導入するのに僅かな下り勾配を要するほぼ水平の流水導入パイプ６０１を備えており、その一端を上部流水タンクに接続しその他端である流水導入口を水路の上流側の流れの勢いの良い川底に設置している。これによって流水導入管の下り勾配が僅かでほぼ水平であっても上部流水タンクに効率的に流水を導入することができ、水路６００の流量が減少したとしても、安定して上部流水タンク１００に流水を導入することができる。
【0162】
流体機械Ｄは、流体機械Ａ〜Ｃと異なり、流水外部放出用揚水パイプ５０２の先端が畑７００の上方に位置するように設置されている。これにより、流水外部放出用揚水パイプ５０２の先端から畑一面に排出された流水を散水することにより、畑の作物の生育を促し、農家に安定した収入を保証することが可能になる。なお、この流水の散水に必要な動力源として流体機械の発電装置５００を用いても良い。
【0163】
図１４は、図１３とは異なる流体機械Ａ２の設置の対応を示している。流体機械Ａ２は、直取水管８３へ介して灌漑用水路２５Ｚに流れる水を上部流水タンク１００に導入し、流体機械Ａ２で発電を行った後に排出する流水を揚水することなく、開放放流排出管１２を用いて近くの田んぼ８００に放出している。これによってこの排出された流水を田んぼ８００の灌漑用水として有効利用することができると共に、流体機械Ａ２の発電量を最大限とすることができることに加えて、農繁期であるにもかかわらず降水量が少ない場合の農業用水の供給に役立てることができる。
【0164】
以下、上述した本発明に基づいて生じる作用について説明する。本発明は、以上の説明から明らかなように、水中利用を行わず、一般河川や、一般水路から取水し、管・導入水路を用いて導入された流水を、縦置きで密閉された流水増圧シリンダ上部の上部流水タンクに接続し、流水増圧シリンダ内に密閉支軸した円錐螺旋翼の増圧装置に誘導、流水増圧装置の直下に密閉一体化された２軸回転装置の受圧面に増圧された流水の圧力が直接作用し、回転ピストンの受圧面積分の圧力荷重を受け、回転ピストン外部で、２軸が連結された発電装置を駆動させる構造を有していることに特徴がある。
【0165】
また、本発明は、本機に取水導入配管と排出配管の接続で即機能し、河川際や水路脇に設置した場合の２軸回転装置付円錐錐螺旋翼増圧装置が大きな落差を必要としないで、水路から直接取水しても充分な発電ができるように発電装置を備えていることに特徴がある。
【0166】
また、本発明によれば、流水増圧装置に取り付けられて一体した複数の２軸回転装置を有し、この２軸回転装置の２軸回転駆動用シリンダ内において２つの回転ピストンが液密状態を保ちながら回転することで、交互に受圧・排出・回転する構造となっているので、２軸回転駆動用シリンダ底部に減圧流水排出口が設けられていて、流水増圧装置と密接連通している増圧流水流入口から真下に吐出挿入された増圧流水エネルギーは、２軸回転駆動用シリンダ内でシリンダの壁と回転ピストンで塞がれ、回転方向の受圧面だけを押し回転し、同時・瞬時に回転反背の減圧した流水が排出口から排出され、他方の連結された回転ピストンの減圧した残水は減圧流水排出口から排出され、２軸回転装置は、増圧された流水の注入動作と減圧した流水の排出動作を繰り返し、交互に回転推進力を得る。この２軸回転装置の機能に基づいて、２軸回転駆動用シリンダにシールされた状態で外部に突出した回転ピストン軸が、ギアで連結され連続交互回転する構造で、回転ピストン軸の連結ギアは動力ギアに回転力を伝達し、回転増幅されてダイナモＤＭで発電する発電装置を備え、上述した本発明特有の優位点を長期にわたって確実に発揮することができるようになっている。
【0167】
また、本発明によると、本機の流体機械は、目的が発電のみならず、２軸回転装置の回転推進力において、回転反背圧が回転方向に支障をきたさない範囲の負荷により押し出し揚水ができる構造に特徴がある。
【0168】
なお、本発明においては、２軸回転装置の受圧回転推進力＞２軸回転装置の回転負荷とすることが条件となっている。２軸回転装置の回転駆動力によって発電を行うのみならず、受圧回転推進力と前記回転負荷の差分の力の一部を利用して当該回転推進力の一部を利用して、回転反背圧が回転方向に支障をきたさない範囲の負荷により前記２軸回転装置の駆動によって発電可能とする。これは、管導入路から受ける位置エネルギーが相応の落差を有した元圧を、上部流水タンクに形成して発電装置の定格内において揚水排出する際に流水から受ける負荷が、排出揚程負荷が受圧回転推進力を超えない、若しくは発電を停止して揚水負荷とすることで、流体機械が河川や水路より高所の耕作地や畑や田んぼへの揚水が可能な機能も備え、流体機械が流水の位置エネルギーや遠心力、これらに伴う流水圧縮力を利用した受圧回転発電の機能以外に排出した流水の揚水機能を有することを特徴としている。
【0169】
また、本発明に係る流体機械によれば、流体機械の本機は、円錐螺旋翼と２軸回転装置は、双方とも外周端と２軸回転駆動用シリンダの内周面とは近接もしくは当接していて、完全密閉されている。これにより、流水の圧力が円錐螺旋翼増圧室及び２軸回転装置の外に逃れてしまうことや、本機に生じる増圧を妨げ、減圧を起因する漏れは、一体化した液密構造が構成されなければならなく、密閉された単体の流体機械が効率的な増圧流水駆動式発電装置の提供を行うことができる利点がある。
【0170】
これによって、取水量と排出量が絶えず同量である形態では、取水利用率は１００％となって取水の際の無駄がなくなり、効率的な水力発電を行うことができる。一方、回転ピストンの反背の残水の一部が、同時に減圧・開放放出され水路に戻される場合は、有効再利用目的で近箇所に放出される。この注入と排出が交互に連続して、稼働することで、河川からの少ない取水流量や、有効落差を大きく必要とすることなく小取水量の１００％を発電に用いることができる。
【0171】
この一体化された２軸回転装置付増圧発電装置は、単体であるが故に大きな設置工事を伴わず、何処へでも少ないスペースに支障なく設置や移動ができる水力発電装置となり、本発明によって、このような有用な流体機械を提供することができる。
【0172】
また、本発明は、有効落差が大きく、豊富な流量が確保できる環境では、その取水流量に合わせた流体機械を一体拡大した器にすることや、本機の複数台並列での対応ができる。また、位置エネルギーに見合った初期圧力と、ピストンヘッドに掛る増圧された圧力との差は、螺旋軸の円錐率と螺旋翼ピッチ偏狭率により増幅され、２軸回転装置の受圧面積が大きくなって、２軸回転装置の回転推進力が飛躍的に大きくなり、これに伴い出力も向上し、増幅効果をコントロールする発電装置を備えていることに特徴がある。
【0173】
また、本発明によれば、以下のような実際の設置場所の制限を受ける場合において威力を発揮することができる。具体的には、前述の、排出揚水にかかる必要性は、本流体機械が農業用水路では、取水量を限られた短い区間内に１００％戻さなければ、下流の水利権者の同意を得ることができず、取水利用できない。そのため、水路より低い場所に設置しなければならない立地条件下では、揚水放流は欠かせない。また、直接取水したこの場合でも、排出側を短区間内の水路に斜路接続し、水路の流速が排出放流を吸引する作用が、排出揚水負荷の軽減を促し、排出した流水を１００％再度水路の下流側に戻すことができる。これによって、本発明に係る流体機械は、排出揚水機能を併せた水力発電で、設置条件を選ばず、水路等の再生可能エネルギーの有効活用を図ることができ、様々な制約条件がある場所において問題なく設置し利用することができる。
【0174】
ここで、このような取水利用での流水１００％を、排出揚水放流する時は、本機の発電量を抑えて、短区間内に戻すことで、河川及び灌漑用水路等から直接若しくは短管路導入を可能にし、増圧と受力回転ピストンの一体化された駆動装置に発電装置が備えられた構成は、発電及び揚水等が良好になされ、再生可能エネルギーの積極的有効活用と多角的利用ができ、利用目的に合った移設や移動が可能な水力発電装置といえる構成であり、このような観点からも本発明の優位性を確認することができる。
【0175】
ここで、本発明に係る流体機械によれば、上述の本機を２台縦置きに、段差で設置し、当該２台の流体機械の一方を第１の流体機械、他方段下を第２の流体機械として、この第２の流体機械は、河川若しくは水路から相応の位置エネルギーを極細管で導入し上部流水タンクの内圧を補うことで、当該第１の流体機械が増圧揚水用に機能し、第１の流体機械排出口から押し出し揚水、若しくは、平行排出された増圧流水は、当該第２の流体機械の上部端部の上部流水タンクに接続され、増圧流水が導入され、当該第２の流体機械が更に増圧して、より大きな増圧流水を生じさせるようにしても良い。これによって、小流量と小さな位置エネルギーを大きく活用することができる。
【0176】
なお、上述した実施形態における具体的構成は本発明の作用を発揮する一形態をあくまで示したものに過ぎず、本発明の作用を発揮し得る範囲内であれば様々な変形例が本発明に対して適用可能であることは言うまでもない。
【0177】
例えば、上述した実施形態に係る流体機械のように揚水された排水が排水循環部を経て流水増圧装置に再び戻される機能を有さず、２軸回転装置から排出された減圧した排水の一部を上部流水タンクより下方であって流水増圧装置の所定の高さまで揚水して流体機械の外部に排出する機能のみを有していても良い。
【0178】
また、上述した実施形態に係る流体機械のように揚水された排水が排水循環部を経て流水増圧装置に再び戻したり、揚水パイプによって流水増圧装置の上部流水タンクが備わっている上端部よりも低い高さに放出したりする機能を有さず、２軸回転装置の減圧流水排出口から流体機械の外部にそのまま排出される機能のみを有していても良い。
【0179】
また、本発明に係る螺旋状流水流路は、流水増圧装置の上部流水タンク側から２軸回転装置側に向かってピッチが徐々に狭まると共に、螺旋状流水流路が流水増圧シリンダの内壁側に寄っていくようになっていればどのような構造でも良く、上述した実施形態に係る流体機械のように流水増圧シャフトが必ずしも上端から下端に向かって外径が大きくなるようにテーパ状の周面を有する構造としなくても良い。
【0180】
また、上述の実施形態と異なり、流水増圧装置内に流水が充満した状態で流水増圧シャフトを螺旋翼と共に回転可能とする駆動機構が仮に備わっていなくても、本発明の効果をある程度発揮することは可能である。
【0181】
また、上述の実施形態に係る流体機械は、２軸回転装置を５つ備えていたが、この個数には当然に限定されず１つ又は任意の複数の流体機械をその流体機械の発電能力に応じて適宜備えることができることは言うまでもない。
【0182】
また、流水増圧装置の上側にある流水供給源から開閉弁を開放することで流水増圧装置に常に流水が安定して供給できるような設置環境であれば、上部流水タンクを必ずしも設ける必要は無い。
【0183】
また、上述の実施形態の特別な使用態様で紹介した２軸回転装置から伝達機構を介して発電装置に伝わる駆動伝達力を解除する解除装置としてギア分離クラッチの代わりに、より複雑な構造を有する駆動伝達力調整装置を備え、この駆動伝達力調整装置によって２軸回転装置の出力軸から発電装置に伝わる駆動伝達力の大きさを任意の割合に調整するようにしても良い。
【0184】
これによって、ある程度の電力の発電を発電装置で行いつつ、流水外部放出用揚水パイプの先端から排水を勢い良く散水することが可能となる。
【0185】
また、上述した実施形態に係る流体機械のように上部流水タンク及び流水導入部を備える代わりに、図１の上部流水タンクの右側に二点鎖線で示すように、流体機械の設置状態で見て、流水増圧装置の上部に各家庭に供給されている水道水の配管９３０を経て水道水を供給することに加えて、この水道水の供給を停止する開閉弁９３１を備えるようにしても良い。即ち、上流の河川から取水する代わりに、同様の水圧で各家庭に供給される一般的な水道水を流水供給源として一般家庭の軒先や庭先に設置できるような本発明の特徴的構成を有する小型の流体機械を製造することも考えられる。
【0186】
この場合、その小型の流体機械を自宅の軒先や庭先に設置し、自宅で使用する電気機器の家庭用電源のための発電を行うだけでなく、本発明の特徴的作用を利用して例えば揚水による庭の芝生の散水や家庭菜園用の水としての放水、自宅に止めてある自動車の洗車等に利用しても良い。
【0187】
また、一部を揚水に使用する場合であっても、残りの排水をお風呂の水や洗濯用の水、台所の食器洗い用の水等家庭用生活用水に利用することが可能である。
【符号の説明】
【0188】
１ 流体機械０１ 導入管路
０６ 取水桝
０７ 固定渦巻螺旋翼
３ フランジ
４ シール
１１ 切替弁
１２ 開放放流排出管
１８ 水抜きバルブ
１９ 圧力計
２０ 蓄電装置
２１ 電流及び電圧制御用パワーコンデイショナ
２２ 制御盤
２３,２４ 空気抜きバルブ
２５，２６ 河川
２５Ｚ 灌漑用水路
２７ 軸受
２８ 増圧流水吐出流路
２９ 排水流路
３０ 排水パイプ
３２ 筐体
６３ 配管接続フランジ
７７ 吐き出し翼
７８ 錘
８３ 直取水管
１００ 上部流水タンク
２００ 流水増圧装置
２１０ 流水増圧シャフト
２２０ 流水増圧シリンダ
２３０ 螺旋翼
２３１ 第１螺旋翼
２３２ 第２螺旋翼
２３３ 第３螺旋翼
２３４ 第４螺旋翼
２３１ａ，２３２ａ，２３３ａ，２３４ａ 上端縁
２４１，２４２ 増圧流水吐出口
２５０ 螺旋状流水流路
３００ ２軸回転装置
３１０ 第１の回転ピストン
３２０ 第２の回転ピストン
３１１，３２１ 大径外周面
３１２，３２２ 小径外周面
３１３，３２３ 第１の接続周面（受圧面）
３１４，３２４ 第２の接続周面（背圧面）
３１５，３２５ 回転軸
３１６，３２６ 回転同期ギア
３１８，３２８ 回転駆動用流水充填空間
３１８ａ，３２８ａ 第１の空間部
３１８ｂ，３２８ｂ 第２の空間部
３２７ 回転力伝達ギア
３３１，３３２ 増圧流水流入口
３４１，３４２ 減圧流水排出口
３５０ ２軸回転駆動用シリンダ
３５１ 回転ピストン収容空間
３７１，３７２ 減圧排水促進溝
４００ 伝達機構
５００ 発電装置
５０１ 流水循環用揚水パイプ
５０２ 流水外部放出用揚水パイプ
５０２ａ 開口放出部
５０３ 流水放流パイプ
６００ 水路
６０１ 流水導入パイプ
７００ 畑
８００ 田んぼ
９００ 円環状排水管
９１０，９２０ 半円環状排水路
９２４，９２５ 開閉弁
９２６ 逆止弁
９３０ 水道水の配管
９３１ 開閉弁
９９０ 開閉バルブ
Ａ 本発明に係る流体機械の実施例
Ａ２ 本発明に係る流体機械の実施例
Ｂ 本発明に係る流体機械の実施例
Ｃ 本発明に係る流体機械の実施例
Ｄ 本発明に係る流体機械の実施例
Ｍ モータ
ＤＭ ダイナモ
Ｅ 動力ギア
ＫＳ 動力入力ギア軸
ＥＳ 動力出力ギア軸
Ｅｃ ギア
Ｇ ギア
ＧＢ ギア分離クラッチ
Ｒ 伝達ギア
Ｒ１ モーターヘッドギア
Ｒ１Ｓ 入力伝達ギア軸
Ｒ２ 中間ギア
Ｒ２Ｓ 入力伝達ギア軸
Ｒ３ 動力伝達ギア
Ｒ４ 回転ギア
Ｒ４Ｓ 動力入力軸
Ｓ 回転増幅器
ＳＳ 回転増幅器軸
Ｍ 原動機
【要約】
【課題】大きな設置工事を必要としないで、小取水量であっても管や導入水路距離の短縮化を図りながら、流水の有効な再利用を可能にし、効率的で安定的な発電ができる流体機械を提供する。【解決手段】流水を導入する所定高さの位置に配置された上部流水タンク１００と、上部流水タンクに流水を流入する流水導入部と、上部流水タンクから流出した流水を増圧する流水増圧装置２００と、流水増圧装置によって増圧された流水の流入と排出を繰り返すことで回転駆動する少なくとも１つの２軸回転装置３００と、２軸回転装置の回転力を利用して発電する発電装置５００と、を有し、増圧された流水の圧力によって２軸回転装置を回転駆動させることで、発電装置によって発電する。
【選択図】図１