JP2004092394A

JP2004092394A - 水力発電装置及び水力発電システム

Info

Publication number: JP2004092394A
Application number: JP2002250470A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Ishikawa; 石川　栄勝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【構成】下部水収納部１と、下部水収納部１の上部に設けた水車部５と、水車部５の上部に設けた上部水収納部３と、上部水収納部３から水車部５に落水させる落水部６と、下部水収納部１と上部水収納部３との間を接続し下端にフート弁４０１を有し下部水収納部１から上部水収納部３へ揚水をする揚水部４と、前記落水による水車部５の水車の回転に連動して発電を行う発電部とを備えてなる水力発電装置Ａ。
【効果】落差がないような例えば平地でも発電が可能で、又、大水量がなくても発電が出来るので、経済的であり、更には、大型で大規模の水力発電を必要とせず、場所をとらずに比較的に小形で簡易に設置出来るので、都市部のような狭い場所での電力供給が可能である。又、エネルギーのクリーン化が可能で、無公害を実現でき、化石燃料のような熱エネルギーを使用しなくても済む。更には、デザインに多様性を持たせることができ、ノスタルジックに構成できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電装置及び水力発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水の力を利用して発電を行う水力発電は、一般に、高所から低所へ落水させて水車を回転させ発電するもので、その落差及び水量が大きい程発電量が増す。裏返すと、その落差及び水量がある程度大きくないと、発電が行われないということであり、水力発電は、例えば、ダム式では、山奥にダムを建設して河川をせき止め貯水池を造り、ダム直下の発電所との落差を利用して行っている。
従って、水力発電特に水車駆動発電においては、落差及び大水量がないと発電出来ず、平地のような所では、通常、水力発電は困難である。又、水力発電には、通常、上記のような落差などの関係で、大型の大規模の水力発電を必要とし、例えば、ゴルフ場の芝生へのスプリングクーラへの電力の供給や都市部での狭い場所での電力の供給などが可能で、しかも、場所をとらず比較的に小形で簡易に設置出来るような水力発電装置は、エネルギーのクリーン化などの観点からもその出現が要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術に鑑み、落差のない平地でも水車駆動による水力発電を可能とし、又、上記のような要請に応えることができる技術を提供することを目的としたものである。
本発明の他の目的および新規な特徴は以下の明細書及び図面の記載からも明らかになるであろう。
【０００４】
【課題を達成するための手段】
本発明は、下部水収納部と、該下部水収納部の上部に設けた水車部と、当該水車部の上部に設けた上部水収納部と、当該上部水収納部から当該水車部に落水させる落水部と、前記下部水収納部と当該上部水収納部との間を接続し下端にフート弁を有し当該下部水収納部から当該上部水収納部へ揚水をする揚水部と、前記落水による水車部の水車の回転に連動して発電を行う発電部とを備えてなることを特徴とする水力発電装置に係るものであり、好ましい実施態様として、水力発電装置が、下部水収納部から上部水収納部への揚水を補助又は増加することができる風車部を有してなることを特徴とする。
又、本発明は、水力発電装置における上部水収納部と揚水部に水を収納しておき、落水部のバルブを開き当該上部水収納部から水車部へ重力による落水を開始することにより、当該上部水収納部に負圧を生じさせ、当該負圧により前記揚水部を介して下部水収納部から当該上部水収納部への揚水が行われると共に、当該下部水収納部へ大気圧が働いて当該揚水が加速されるようになっていることを特徴とする水力発電システムに係るものであり、好ましい実施態様として、風車部の稼動により下部水収納部から上部水収納部への揚水を補助又は増加するようになっていることを特徴とする。
【０００５】
【実施の最良の形態】
図面は、本発明の実施例を示し、図１は、水力発電装置の正面構成図、図２は、同水力発電の側面構成図、図３（Ａ）は、本発明に使用される揚水部の説明図、図３（Ｂ）は、揚水部のプロペラの説明図、図４は、オルトネータの説明図である。
【０００６】
【実施例】
【０００７】
図１及び図２に示すように、地上に、下部水収納部１を設ける。当該下部水収納部１は、例えば、水を溜めておけるタンクにより構成される。当該下部水収納部１には、水を溜めておく。例えば、１２ｔの水を溜めておく。
図示のように、当該下部水収納部（以下、水溜タンクという場合もある。）の近傍に４本脚２を立脚して、当該４本脚にて支持させて上部水収納部３を設置する。当該上部水収納部３は、上記水溜タンク１と同様に、例えば、水を溜めておけるタンクにより構成される。当該上部水収納部３は、殆んど完全密閉が可能なように構成する。
当該上部水収納部３と上記水溜タンク１との間を揚水部４により接続する。当該揚水部４は、図１及び図３に示すように、揚水パイプ４００と当該パイプの下端部に取付られたフート弁４０１などから構成される。
当該上部水収納部３の下部であって当該水溜タンク１の上部には、水車部５を設置する。
当該水車部５の上部で、当該上部水収納部３の底部には、落水部６を設ける。当該落水部６は、落水用配管６００や開閉バルブ６０１などを備えてなる。
当該上部水収納部３の上部（蓋部）には、風車部７を付設する。又、揚水補助用モータ８を付設する。更に、当該風車部７と揚水補助用モータ部８との間には、封水タンク９を設置する。
【０００８】
次に、水力発電の作用機構と共に、当該装置の更なる説明をする。
水溜タンク１には、例えば、１２ｔの水を溜めておく。
又、上部水収納部３には、例えば、４ｔの水を溜めておく。当該上部水収納部３は、殆んど完全密閉とし、水を充満させておく。更に、揚水部４の揚水パイプ４００内には、水を充満させておく。
風車部７の風車は稼動させておく。図３に示すように、当該風車部７のスクリュー軸７００を揚水パイプ４００の中に貫通させ、最低部にスクリュー７０１を取付ける。当該揚水パイプ４００中を貫通するスクリュー軸７００は、ラセン状とするとよい。その図示が省略されているが、風車部７のプロペラ軸には、出来るだけ小プロペラを設けて、空気が当該風車部７から上部水収納部３に浸入しないようにする。
上部水収納部３の落水部６における落水用配管６００は、水車部５の水車５００に水を噴射するようになっており、当該落水部６の開閉バルブ６０１を開くと、水車部５の水車５００に水を噴射する。水は、上部水収納部３から地球重力で落下する。
当該落水が開始されると、当該上部水収納部（以下、重力タンクという場合もある。）３内には、負圧が発生し、揚水部４の揚水パイプ４００から揚水が開始される。即ち、下側の水溜タンク１から上方の重力タンク３へと、揚水パイプ４００を通して上方向に揚水が開始される。
当該重力タンク３内に負圧が発生すると、一方、水溜タンク１には、大気圧（ｋｇ／ｍ^２　）が働き、自然圧力にて揚水される。
当該揚水に加えて、風車部７の風車駆動によるスクリュー軸７００のスクリュー７０１回転により揚水が加速される。
上記のように、地球重力と大気圧力差を利用し、これに必要に応じて風力（風車）を加えて揚水し、水車を稼動させ、発電を行うことができる。
重力落水量より多い水量が供給され安定的に水車の回転が得られる。
前記のように、重力タンク３は、完全密閉とする。落水部６の開閉バルブ６０１を開くとそこに負圧が発生し、当該バルブ６０１より空気の浸入を受ける。
図１に示すように、当該重力タンク３内の底部には、エアーキャッチャー１０を設置する。当該エアーキャッチャー１０は、落水部６の落水用配管６００と接続し、又、重力タンク３の上部に載置された封水タンク９と排気管１１を介して接続する。
落水部６の開閉バルブ６００操作により浸入してきた空気は、当該エアーキャッチャー１０で捕捉され、当該排気管１１を介して当該封水タンク９に送られ、当該排気管１１を通して排気される。
図示のように、当該排気管１１に、排気弁１２を付設し、当該重力タンク３の外部から当該排気弁１２を操作して上記浸入してきた空気を外部に逃すようにしてもよい。
揚水部４の揚水パイプ４００を通して上方向に揚水が行われる際に、揚水部４の端部に取付られたフート弁４０１は、当該揚水の水溜タンク１への逆流を阻止する。
重力タンク３には、風車部７に加えて、必要に応じて水溜タンク１から重力タンク３への揚水を補助又は増加することができる揚水補助用モータ部８を有してなる。
当該揚水補助用モータ部８は、その図示が省略されているが、風車部７と同様に、当該揚水補助用モータ部８のスクリュー軸を揚水部４の揚水パイプの中に貫通させ、最低部にスクリューを取付け、又、揚水部の端部にフート弁４０１を取付け、当該揚水の水溜タンク１への逆流を阻止する。当該揚水補助用モータ部８の当該揚水パイプ中を貫通するスクリュー軸は、ラセン状とするとよい。
水車部５の水車５００における羽根５０１は、９０°の角度で曲げられており、落水部６からの水が当該水車５００に適切な角度で噴射されるようになっている。又、当該９０°の角度で曲げられた一の羽根５０１の頂点が、隣接する羽根５０１の底端部と面一になるように適宜間隔を置いて複数の羽根５０１が内設されている。
図示のように、当該水車５００の片側には、複数の固定翼５０２を内蔵した水還流部５０３を設けるとよい。当該水車５００を回転させ、流れてきた水は、当該水還流部５０３のケース５０４内部の固定翼５０２に当たって水車５００に再び戻され、水車５００の回転を助長する。
本発明の水車発電装置Ａでは、水を循環して、再使用することができる。
【０００９】
図２に示すように、水車５００の中心回転軸５０５には、カップリング機構１３を介して発電部１４と接続する。
当該水車５００の中心回転軸５０５とプーリー１４０を介して発電機１４１で発電を行えばよいが、図示のように、増速機１４２を設けて、当該増速機１４２で、当該発電系統の回転速度や回転数を増大させることが好ましい。
当該増速機１４２は、例えば、適宜比率の小ギア１４２０と大ギア１４２１とを組合わせたもので構成される。
当該発電機１４１は、例えば、三相動機発電機により構成される。例えば、２００ｖのＲ、Ｓ、Ｔの三相交流を得ることができる。当該三相動機発電機は、その図示が省略されているが、例えば、三相巻線からなる電機子巻線の内部で磁極を前記水車からの回転駆動で回転させればよい。当該三相動機発電機では、電機子を回転させる機構でもよい。
水車の回転は、他方、プリー１４０を介して、オルトネータ（ＡＣジェネレータ）１４３と接続される。
当該オルトネータ（ＡＣジェネレータ）１４３は、その起電力は交流（ＡＣ）であるが、半導体素子を用いて直流に変え、その上部のバッテリ１４４を充電するようになっている。
当該オルトネータ（ＡＣジェネレータ）１４３は、例えば、図４に示すように構成され、フーイルドコイル１４３０の巻いてある電磁石１４３１を前記水車回転で回転させ、固定されたステータ・コイル（ＤＣジェネレータのアーマチュアに相当するもの。）１４３２からその発生電流を取り出すもので、当該ステータ・コイル１４３２に発生した交流は、ダイオード（整流器）１４３３により直流に変換し、バッテリ１４４に充電する。
尚、レギュレタ１４３４、ブラシ１４３５及びスリップ・リング１４３６を通して前記フーイルドコイル１４３０に供給された電流により、前記ロータ１４３１を磁石に変えることができる。
本発明の水車発電装置Ａは、図４に示すように、負荷１４５を接続して、例えば、スプリングクーラを接続して、その水力発電を利用することができる。
【００１０】
本発明は、前記実施例に限定されず各種変更が可能である。
例えば、落水部６の開閉バルブ６０１を電磁バルブとし、自動制御するようにしてもよい。
又、前記実施例では、交流発電機に利用する例を示したが、直流の発電機で構成してもよいし、また、変圧器で直流に変換することもできる。
更に、本発明では、太陽エネルギー等の光エネルギーを電気エネルギーに変換することのできる太陽電池等の光電変換素子を有する光発電装置を備設してもよい。当該太陽電池は、光が当っている時には、その光量に応じた電気量を電極の両端に出現せしめるもので、例えば、シリコン半導体装置により構成される。また、当該光電変換素子は、光が当っている時には、その光量に応じた電気量を電極の両端に出現せしめるもので、例えば、亜酸化銅、セレン等を素材とする光電池により構成される。
光発電装置は、例えば、上部水収納部３の上部（蓋部）に、風車部７に代えて又は同時に設置すればよく、揚水補助用モータ８の電源などとして使用してもよい。
【００１１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明によれば、落差がないような例えば平地でも発電が可能で、又、大水量がなくても発電が出来るので、経済的であり、更には、大型で大規模の水力発電を必要とせず、場所をとらずに比較的に小形で簡易に設置出来るので、都市部のような狭い場所での電力供給が可能である。又、エネルギーのクリーン化が可能で、無公害を実現でき、化石燃料のような熱エネルギーを使用しなくても済む。更には、デザインに多様性を持たせることができ、ノスタルジックに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例を示す水力発電装置の正面構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施例を示す同水力発電の側面構成図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明に使用される揚水部の説明図、図３（Ｂ）は、揚水部のプロペラの説明図である。
【図４】図４は、本発明に使用されるオルトネータの説明図である。
【符号の説明】
１…下部水収納部（水溜タンク）
２…脚
３…上部水収納部（重力タンク）
４…揚水部
４００…揚水パイプ
４０１…フート弁
４０２…呼称作業
５…水車部
５００…水車
５０１…羽根
５０２…固定翼
５０３…水還流部
５０４…ケース
５０５…中心回転軸
６…落水部
６００…落水用配管
６０１…開閉バルブ
７…風車部
７００…スクリュー軸
８…揚水補助用モータ
９…封水タンク
１０…エアーキャッチャー
１１…排気管
１２…排気弁
１３…カップリング機構
１４…発電部
１４０…プーリー
１４１…発電機
１４２…増速機
１４２０…小ギア
１４２１…大ギア
１４３…オルトネータ（ＡＣジェネレータ）
１４３０…フーイルドコイル
１４３１…電磁石
１４３２…ステータ・コイル
１４３３…ダイオード（整流器）
１４３４…レギュレタ
１４３５…ブラシ
１４３６…スリップ・リング
１４４…バッテリ
１４５…負荷
Ａ…水車発電装置

Claims

下部水収納部と、該下部水収納部の上部に設けた水車部と、当該水車部の上部に設けた上部水収納部と、当該上部水収納部から当該水車部に落水させる落水部と、前記下部水収納部と当該上部水収納部との間を接続し下端にフート弁を有し当該下部水収納部から当該上部水収納部へ揚水をする揚水部と、前記落水による水車部の水車の回転に連動して発電を行う発電部とを備えてなることを特徴とする水力発電装置。
水力発電装置が、下部水収納部から上部水収納部への揚水を補助又は増加することができる風車部を有してなることを特徴とする、請求項１に記載の水力発電装置。
請求項１に記載の水力発電装置における上部水収納部と揚水部に水を収納しておき、落水部のバルブを開き当該上部水収納部から水車部へ重力による落水を開始することにより、当該上部水収納部に負圧を生じさせ、当該負圧により前記揚水部を介して下部水収納部から当該上部水収納部への揚水が行われると共に、当該下部水収納部へ大気圧が働いて当該揚水が増加されるようになっていることを特徴とする水力発電システム。
風車部の稼動により下部水収納部から上部水収納部への揚水を補助又は増加するようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の水力発電システム。