JP2006132344A

JP2006132344A - 水車を用いた発電方法

Info

Publication number: JP2006132344A
Application number: JP2004319447A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamaoka; 優二山岡
Original assignee: NANNO CONSTRUCTION CO Ltd
Current assignee: NANNO CONSTRUCTION CO Ltd
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】水路を流れる水流の運動エネルギーを回転運動に変換して発電することにより、設備コストが安く稼動コストが不要となり、しかも、天候等の条件に左右されることなく効率的に発電することができる水車を用いた発電方法を提供する。
【解決手段】水路１の途中に、この水路１内を流れる水流によって回転が付与される水車２を設置し、この水車２の回転を増速機構３と増速回転伝達手段４で増速して発電機５を駆動することにより発電する。
【選択図】図１

Description

この発明は、水路を流れる水流のエネルギーを利用して水車を回転させ、この回転で発電機を駆動して発電するようにした水車を用いた発電方法に関する。

例えば、各種工場の施設において、給排水路のような水流が所定の流速で流れる水路が多く存在し、また、これと同様の水路として、公共施設、大型店舗等の給排水路を挙げることができる。

通常、これらの水路は、液体の輸送を目的とするだけのものであり、内部を流れる水流の持つ運動エネルギーは全く利用されていないのが現状である。

ここで、従来の大規模な発電方法としては、水力発電、火力発電、原子力発電等があり、また、この発明が対象とする比較的小規模設備の発電方法として、太陽光発電、風力発電等がある。

ところで、この発明が対象とする比較的小規模設備において、従来の太陽光発電や風力発電は天候等の条件に大きく左右され、夜間や無風時には作動しないので有効な稼働時間が短く、このため、発電能率が悪いという問題がある。

また、比較的小規模設備といっても太陽光発電や風力発電の実施には、設置場所に制約があると共に、設備コストが高くつくことになり、投資する経費の割りに発電能率が低いという問題がある。

そこで、この発明の課題は、水路を流れる水流の持つ運動エネルギーに着目し、この水流の運動エネルギーを回転運動に変換して発電することにより、設備コストが安く稼動コストが不要となり、しかも、天候等の条件に左右されることなく効率的に発電することができる水車を用いた発電方法を提供することにある。

上記のような課題を解決するため、請求項１の発明は、水路の途中に、この水路内を流れる水流によって回転が付与されるように水車を設置し、この水車の回転を増速機構で増速して発電機を駆動することにより発電する構成を採用したものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記水車に設けた羽根板が、水車の半径方向に沿う受圧板の端部に屈曲片を３０°〜４５°の角度で設け、水路を流れる水流の抵抗を小さくして水車の回転を上げるようにし、かつ、上記増速機構がこの水車に固定したインナー歯車と、このインナー歯車に噛み合う平歯車の組み合わせからなり、前記羽根板の中心配置径よりもインナー歯車のピッチサークルダイヤを小さく設定し、インナー歯車にかかる円周方向の力を増加し、水流の持つ運動エネルギーを最大限に取り入れるようにした構成を採用したものである。

請求項３の発明は、上部から落下する水流の途中に、この水流によって回転が付与されるように水車を設置し、この水車の回転を増速機構で増速して発電機を駆動することにより発電する構成を採用したものである。

ここで、上記水路としては、各種工場の施設における給排水路や公共施設、大型店舗、ホテル等の給排水路、自然の河川等を挙げることができる。

また、上記水車は回転軸に固定した円板に多数の羽根板を円状の配置で設けた構造を有し、この羽根板は、受圧面側が流体の圧力を受けやすく、背面側が抵抗の発生が少ない形状に形成され、この水車は水路内の水流に対して略半径が臨む配置とし、水流の運動エネルギーが効率よく水車の回転に変換されるようになっている。

上記増速機構は、例えば、水車の円板に同軸心となるよう固定したインナー歯車と、このインナー歯車に噛み合せた出力軸の平歯車によって形成され、出力軸と発電機の入力軸を直結もしくは増速回転伝達手段で連動することにより、水車の回転を発電機に増速して伝えるようになっている。

この発明によると、水路の途中もしくは上部から落下する水流の途中にに、この水路内を流れる水流や落下する水流によって回転が付与される水車を設置し、この水車の回転を増速機構で増速して発電機を駆動することにより発電するようにしたので、水路を流れる水流や落下する水流の持つ運動エネルギーを水車の回転運動に変換し、これを増速して発電することにより、稼動コストを要することなく発電することができ、しかも、水路の途中や落下する水流の途中に水車を設置するだけでよいので、設備コストが安くつき、水流の流れがあれば発電できるので天候等の条件に左右されることなく効率的に発電することができる。

また、水路の水流や落下する水流で水車を回転させるので、水路本来の給、排水機能を全く阻害することがなく、水路のあらゆる箇所から低コストでクリーンな電力を得ることができる。

更に、水車の回転を増速機構で増速して発電機を駆動するので、発電機を駆動するための回転トルクを上げると共に、発電機の回転数を増やすことで発電量を上げることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１乃至図４は、この発明の発電方法の第１の実施の形態として、開放下流型を示し、所定の流速で水流が流れる水路１の途中に、この水路１内を流れる水流によって回転が付与される水車２を設置し、この水車２の回転を増速機構３及び必要に応じて更に増速回転伝達手段４を用いて増速し、発電機５を駆動することにより発電するようにしたものである。

上記水路１としては、各種工場の施設における給排水路のほか、公共施設、大型店舗、ホテル等の給排水路、河川や農業用水路等を挙げることができる。

上記水車２は、図２のように、固定部分に配置された第１の支持台６で軸受７を介して水平に支持した回転軸８に一対の円板９を固定し、両円板９間の外周寄りの位置に多数の羽根板１０を回転方向に一定間隔の円状に配置して形成され、各羽根板１０は、回転軸８を中心に放射状の配置となり、水路１内を流れる水流を受ける受圧面側が水流の圧力を受けやすく、背面側が水流に対して抵抗の発生が少ない樋状や浅い容器の如き断面形状に形成され、例えば、この水車２は水路１内の水流に対して下部に位置する羽根板１０が浸漬するような配置とし、水流の運動エネルギーが効率よく水車２の回転に変換されるようになっている。

図４（ａ）と（ｂ）は羽根板１０の好ましい一例を示し、円板９の半径方向に沿う受圧板１０ａの外端部と内端部に相反する方向へ折れ曲がる屈曲片１０ｂと１０ｃを設けた断面形状を有し、外端部の屈曲片１０ｂは水車２の回転方向の前方へ、内端部の屈曲片１０ｃは水車２の回転方向の後方へ、それぞれ、受圧板１０ａに対して３０°〜４５°の角度で屈曲し、水路１を流れる水流の抵抗を小さくして水車２の回転を上げるようにしている。

上記羽根板１０をこのような断面形状とすることにより、水流に対する羽根板１０の進入時において、外端部の屈曲片１０ｂは水流に対して抵抗の発生が少なく、内端部の屈曲片１０ｃは水流の水圧を効果的に受けることになり、また、水流に対して羽根板１０が離脱するとき、外端部の屈曲片１０ｂが水を掬い上げて抵抗が生じるのを防ぐため、受圧板１０ａと外端部の屈曲片１０ｂの屈曲部分には、複数の水抜き孔１０ｄが設けられており、このような羽根板１０にすることによって、水車２の回転トルクと回転速度を上げることができる。

なお、図２（ａ）は水車２を片持ち状態の配置で図示したが、回転軸８は両端を軸受で支持した構造とすることができる。

図１（ａ）は、上記増速機構３を示し、水車２の円板９にインナー歯車１１を同軸心となるよう固定し、上記回転軸８と平行する出力軸１２を第２の支持台１３で軸受１４を介して水平に支持し（図２（ａ）参照）、この出力軸１２に固定した平歯車１５をインナー歯車１１に噛み合せて形成され、出力軸１２とその近傍に配置した発電機５の入力軸を直結し、水車２の回転を発電機５に増速して伝えるようになっている。

図１（ｂ）は、増速機構３に増速回転伝達手段４を組み合わせた例を示し、出力軸１２と発電機５の入力軸を、チエンとスプロケットやベルトとプーリ（図２（ａ）参照）、複数組の歯車（図３参照）等で連動することにより、水車２の回転を発電機５に対して更に増速して伝えるようになっている。

上記のような増速機構において、水車の羽根板とインナー歯車は、図５のように、羽根板１０の中心配置径Ｌ₁よりもインナー歯車１１のピッチサークルダイヤＬ₂を小さく設定し、インナー歯車１１にかかる円周方向の力Ｐ₂を増加し、水流の持つ運動エネルギーを最大限に取り入れるようにしている。

図６は、この発明の発電方法の第２の実施の形態として、開放周流型を示し、放水路１６から落下する水流の途中に外周部が位置するよう水車２を配置し、落下する水流で水車２に回転を付与し、この水車２の回転を第１の実施の形態と同様の増速機構３及び必要に応じて更に増速回転伝達手段４を用いて増速し、発電機５を駆動することにより発電するようにしたものである。

この第２の実施の形態の水車２は、羽根板１０が落下する水流を受けやすいように、容器状に形成されている。

この発明の発電方法は上記のような装置を用いて実施するものであり、水路１の所望の位置に下部が水流に浸漬するよう水車２を配置し、又は、放水路１６から落下する水流の途中に外周部が位置するよう水車２を配置し、この水車２と発電機５を増速機構３及び増速回転伝達手段４を介して連動しておく。

上記水路１内を流れる水流もしくは落下する水流により、この水流の流圧を受けた水車２は流速に比例した速度で回転し、水車２に固定したインナー歯車１１が回転することでこれに噛み合う平歯車１５によって、出力軸１２が増速回転してトルクを上げると共に、更に、出力軸１２の回転を増速回転伝達手段４で発電機５に伝えることにより、発電機５は高速回転して発電することになり、この発電機５の発電による電力は、例えば整流器や制御装置を介して蓄電装置に蓄え、インバータで交流に変換して各種電気機器や照明等の電源として使用する。

ちなみに、発電条件の一例としては、水路１の流速２．８ｍ／ｓｅｃ、流量４９．４５６ｃｍ^２、水車２の外周９４．２ｃｍ、増速比１：６に設定すると、水車２の回転数は２．９７回/ｓｅｃ、発電機５の回転数は１７．８回/ｓｅｃとなり、発電量は２．９１ＫＷとなる。

（ａ）と（ｂ）は第１の実施形態の発電方法を示す模式図（ａ）は第１の実施形態の発電方法に用いる発電装置の縦断正面図、（ｂ）は同発電装置の水車の構造を示す縦断側面図第１の実施形態の発電方法に用いる発電装置の水車と増速機構の構造を示す拡大した横断平面図（ａ）は水車の羽根板の好ましい一例を示す縦断正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図水車の羽根板とインナー歯車の関係を示す説明図第２の実施形態の発電方法に用いる発電装置の縦断正面図

符号の説明

１水路
２水車
３増速機構
４増速回転伝達手段
５発電機
６支持台
７軸受
８回転軸
９円板
１０羽根板
１１インナー歯車
１２出力軸
１３支持台
１４軸受
１５平歯車
１６放水路

Claims

水路の途中に、この水路内を流れる水流によって回転が付与されるように水車を設置し、この水車の回転を増速機構で増速して発電機を駆動することにより発電することを特徴とする水車を用いた発電方法。
上記水車に設けた羽根板が、水車の半径方向に沿う受圧板の端部に屈曲片を３０°〜４５°の角度で設け、水路を流れる水流の抵抗を小さくして水車の回転を上げるようにし、かつ、上記増速機構がこの水車に固定したインナー歯車と、このインナー歯車に噛み合う平歯車の組み合わせからなり、前記羽根板の中心配置径よりもインナー歯車のピッチサークルダイヤを小さく設定し、インナー歯車にかかる円周方向の力を増加し、水流の持つ運動エネルギーを最大限に取り入れるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水車を用いた発電方法。
上部から落下する水流の途中に、この水流によって回転が付与されるように水車を設置し、この水車の回転を増速機構で増速して発電機を駆動することにより発電することを特徴とする水車を用いた発電方法。