JP2001289145A

JP2001289145A - 水力発電装置

Info

Publication number: JP2001289145A
Application number: JP2000104289A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ueno; 上野康男
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、小型で持ち運びにも便利な水力
発電装置を提供するものであり、自然を騒音や排気ガス
から守り、自然の再生可能なエネルギーを有効に利用す
る事を目的とするものである。【構成】フロートに設けた水流の下流方向に傾いた
下向きの回転軸に水車を取り付け、該フロートに係留索
を取り付け、橋又は川岸から流れの中央に向けて流し、
回転軸の上部において該回転軸によって発電機を駆動す
るごとくなしたことを特徴とする水力発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に移動式として
広く使用される水力発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動式の発電装置としては主にガ
ソリンエンジン等によって駆動される発電機が使用され
ていた。しかし、ハイキングなどでの使用においては自
然破壊につながるものとして敬遠される場合も多い。一
方蓄電池を使用する場合にはかなり大きなものを使用し
ても長時間の使用には限度がある。又、風力発電による
場合は風速が不安定なために比較的大きな容量の蓄電池
と併用する必要がありかなり大掛かりなものとなってし
まう。これに対して、一般にハイキング等では川の側に
行くことが多くこの水の流れの力を発電に使用すること
ができれば自然エネルギーの利用として大きな意味があ
る。又、ヨット等で曳行することによる発電にも使用で
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記背景の
下に成立したものであり、小型で持ち運びにも便利で設
置も簡単な水力発電装置を提供するものであり、自然を
騒音や排気ガスから守り、自然の再生可能なエネルギー
を有効に利用する事を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、その第
１の手段として、フロートに設けた下向きの回転軸に水
車を取り付け、該フロートに係留用の索を取り付け、回
転軸の上部において該回転軸によって発電機を駆動する
ごとくなしたことを特徴とする水力発電装置を提供する
ものであり、第２の手段として、フロートに対する回転
軸の取り付け角度を使用状態において回転軸が水流の下
流方向に傾いているごとく定め、該回転軸にプロペラ型
の水車を設けたことを特徴とする第１の手段による水力
発電装置を提供するものであり、第３の手段として、喫
水線上のフロートは前部に充分な浮力を持つ形状とし
て、喫水線下に水面とほぼ直角な方向のヒレを前記フロ
ートに対して回動可能に結合して設けたことを特徴とす
る第２の手段による水力発電装置を提供するであり、第
４の手段として、プロペラ型の水車の翼の先端に回転軸
にほぼ並行な回転翼を翼弦を円周方向に向けて設けた第
２の手段による水力発電装置を提供することによって解
決するものである。

【０００５】かかる構成の本発明の水力発電装置の作動
原理は次のごとくである。

【０００６】フロートに設けた下向きの回転軸に水車を
取り付け、該フロートに係留する係留索を取り付け、該
索によってフロートを川の流れの中に浮かべた状態で係
留する。回転軸は使用状態でフロートに対して流れの下
流方向に傾いた状態に取り付けられていることが望まし
い。

【０００７】この状態で水流がプロペラ型の水車に斜め
に当たることになるが、その流速の回転軸に並行な成分
の効果によってプロペラ型の水車に回転力が生じ回転を
始める。発電機の駆動には必要に応じて増速機を用い
ることによって小型の発電機で能率良く発電することが
できる。又、この場合、発電機は水面上にあるので、浸
水等の問題に対して対処しやすい。

【０００８】又、この場合フロートの係留には川に橋が
掛かっていることが望ましい。その場合はフロートの前
部の係留索のみで良いが、橋のない場合には川岸から流
れの中央にフロートを導く必要がある。このような場合
には、喫水線上のフロートは前部に充分な浮力を持つ形
状として、喫水線下に水面とほぼ直角な方向のヒレを前
記フロートに対して回動可能に結合して設けたものとす
る。更に、フロートの前部と後部に係留索を取り付け、
フロートに対して斜上流から係留し、ヒレはフロートに
対して前縁が係留する方向と反対の向きに傾くように回
動した状態に固定する。したがってフロートは流れに平
行に、又ヒレは流れに対して係留方向と逆の角度で斜め
になるように係留することになる。係留索は凧の糸目の
様に１本に束ねて良い。そうすると、このヒレには一種
の凧のように水流の力によって流れと直角な方向に働く
揚力を発生し、川岸から流れの中央に向けて斜めに係留
することが出来る。従って、橋などがない状態でも自由
に使用することが可能となる。フロートの喫水線下の形
状がヒレ状でなく、楕円形または矩形に近いと、流れに
対して働く揚力が少ないので流れに対する偏り角度が小
さく、流れの中央に出すには、より長い係留索が必要と
なる。尚、水流によって回転するプロペラ型の水車には
その回転軸の方向が下をむいていることにより下向きの
力が働き、フロートを水中に引き込もうとする。しか
し、フロートの前部に大きな浮力を持つように設計して
おくことによって水中に引き込まれるのは後部が大きく
前部は少ない。そうすると、ある程度引き込まれた状態
では、プロペラ型水車と水流の方向が平行となって水力
を受ける面積がゼロになり回転することが出来なくな
る。実際にはそのようになる手前で下向きの力と浮力が
バランスして、安定する。すなわち、水力が大きすぎる
場合にはフロートの後部が沈むことによって水車の回転
力を制限し、発電力を自動的に制御することができる。
一方、回転軸に取り付けられたプロペラ型の水車の翼の
先端には、回転軸にほぼ並行な回転翼を翼弦を円周方向
に向けて設けることができる。この回転翼には初期には
回転力は無いが、プロペラ型の水車に水流が当たること
によって回転速度が一定値以上になるとこの回転翼に働
く揚力によって大きな回転力が生じる。この両方の回転
力によって回転軸の上部で発電機を駆動することができ
る。又、この回転翼には上述の下向きの力は働かないの
で、この回転翼の大きさを選定することによってフロー
トを小形化してその浮力を小さくしても同様の制御効果
を得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図について本発明の実施形
態を説明する。図１は、本発明の水力発電装置の一実施
形態の構造を示す側面図、図２は川岸から斜めに係留し
た場合の下面図、図３は水流が強い場合の使用状態を示
す側面図である。

【００１０】図１、図２において、フロート１に設けた
斜穴１０には中空軸１１が係止可能に嵌め合わされ、該
中空軸１１に回転自在に嵌合する下向きの回転軸２にプ
ロペラ型の水車の翼３が取り付けられている。尚、中
空軸１１のフロート１の下面に突き出した部分には前後
に板状に伸びたヒレ１２が固着されている。該フロー
ト１の前部に係留索４を取り付け、該係留索４によって
フロート１を川の流れの中に浮かべた状態で係留する。
また、回転軸２に取り付けられたプロペラ型の水車の
翼３の先端には、回転軸２にほぼ並行な回転翼５を翼弦
を円周方向に向けて設けることが出来る。回転翼５の
断面は航空機の翼の断面形状となっていることが望まし
い。回転軸２は使用状態でフロートに対して流れの下
流方向に傾いた状態に取り付けられていることが望まし
い。尚、発電機から出る送電用のケーブルは係留索４
と一緒に束ねておく。矢印は水流Ｗの方向を示す。以
上の状態の場合ヒレ１１はフロート１の前後方向に平行
に係止されている。

【００１１】この状態で水流Ｗはプロペラ型の水車の翼
３に斜めに当たることになるが、その流速の回転軸に並
行な成分の効果によってプロペラ型の水車の翼３に回転
力が生じ回転を始める。回転速度が一定値以上になる
と翼３の先端に取り付けた回転軸にほぼ並行な回転翼５
に働く揚力によって大きな回転力が生じる。この両方
の回転力によって回転軸の上部で発電機６を駆動するこ
とができる。この構造の水車は出願人が出願中の特許
平１０−２７８３４及び平１１−１１２９９６に示す風
車と同様の理論に基づくものであり、一種の垂直軸風車
であり、その特性として周速と流速の比が高い状態での
効率は極めて高い。又、一般のプロペラ型の水車に比
べて、回転力が大きい。しかし、比較的水深の浅い川で
使用する場合には、プロペラ型の水車の翼３の直径を大
きくすることにより、回転翼５の長さを短くするか或い
は廃止することで同様の発電能力を得ることもできる。
尚、大型の発電装置で広く使用されているペルトン型水
車は川の流れのような水位差が少ない状態で使用する場
合には水の上に出ていて仕事をしない部分が大きく、全
体に大型になるわりには製作費用を考慮した場合の能率
は低い。発電機６の駆動には必要に応じて増速機を用
いることによって小型の発電機で能率良く発電すること
ができる。又、この場合、発電機は水面上にあるの
で、浸水等の問題に対して対処しやすい。

【００１２】以上の状態で使用する場合又、フロート１
の係留には川に橋が掛かっていることが望ましい。その
場合はフロート１の前部の係留索４のみで良いが、橋の
ない場合には川岸から流れの中央にフロート１を導く必
要がある。このような場合には、図２に示すごとくフロ
ート１の前部と後部に索７、８を取り付け、適当な位置
で凧の糸目の様に１本に束ねた状態として係留索４と結
合して川岸から流れに対して川の中央に向けて斜めに係
留する。今、ヒレ１２の前部はフロート１の軸線に対
して下面から見て右に傾いた角度に係止し、２本の索
７、８によってフロート１に対して係留索４は左前方に
向いて係留するごとくなっており、ヒレ１２は水流に対
して斜め右に向いているので右方向の揚力を生じ係留方
向と逆の方向に向かうことになる。この様にフロートは
一種の凧のように水流Ｗの力によってヒレ１２に流れと
直角な方向に働く揚力を利用し、橋がなくとも川岸から
流れの中央に向けて斜めに係留することが出来る。こ
の場合、ヒレ１２の平面形は舟形乃至は航空機の翼の断
面の形状に近いものとすることが望ましい。図３は水流
が強い場合の使用状態を示す側面図である。図３におい
て、フロート１の上部は水車の翼３に働く下向きの水力
によって水中に沈まないように充分な浮力を持つ形状で
あることが望ましい。このような状態で強い水流の中で
使用する場合、水流によって回転するプロペラ型の水車
の翼３にはその回転軸２の方向が下をむいていることに
より下向きの力が働き、フロート１を水中に引き込もう
とする。しかし、フロート１の前部に大きな浮力を持つ
ように設計しておくことによって水中に引き込まれるの
は後部が大きく前部は少ない。そうすると、ある程度引
き込まれた状態では、プロペラ型水車の翼３と水流Ｗの
方向が平行となって水力を受ける面積がゼロになり回転
することが出来なくなる。実際にはそのようになる手前
で下向きの力と浮力がバランスして、安定する。すなわ
ち、水力が大きすぎる場合にはフロート１の後部が沈む
ことによって水車の回転力を制限し、発電力を自動的に
制御することができる。一方、回転軸２に取り付けられ
たプロペラ型の水車の翼３の先端に設けた回転軸にほぼ
並行な回転翼５には上述の下向きの力は働かないので、
この回転翼５の大きさを選定することによってフロート
１を小形化してその浮力を小さくしても同様の制御効果
を得ることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなごとく、本発明に
よる水力発電装置は、簡単な構造で川の中に係留するだ
けで使用することができ、又、水深の比較的浅い川でも
使用することができるためハイキングの時、ヨットによ
る曳行或いは発電設備のない農地などで広く使用して自
然の再生可能なエネルギーを有効に利用することができ
るため、自然保護および大気中の炭酸ガス削減に対する
効果は著しい。

【００１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水力発電装置の一実施形態の構造を示
す側断面図

【図２】本発明の水力発電装置を係留した状態を示す下
面図

【図３】本発明の水力発電装置の水流が強い状態での使
用状態を示す側断面図

【符号の説明】

１フロート２回転軸３水車の翼４係留索５回転翼６発電機７索８索１０斜穴１１中空軸１２ヒレ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フロートに設けた下向きの回転軸に水車
を取り付け、該フロートに係留索を取り付け、回転軸の
上部において該回転軸によって発電機を駆動するごとく
なしたことを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】フロートに対する回転軸の取り付け角度
を使用状態において回転軸が水流の下流方向に傾いてい
るごとく定め、該回転軸にプロペラ型の水車を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】喫水線上のフロートは前部に充分な浮力
を持つ形状として、喫水線下に水面とほぼ直角な方向の
ヒレを前記フロートに対して回動可能に結合して設けた
ことを特徴とする請求項２項記載の水力発電装置。
【請求項４】プロペラ型の水車の翼の先端に回転軸に
ほぼ並行な回転翼を翼弦を円周方向に向けて設けた請求
項２記載の水力発電装置。