JP2007009721A - 水循環式水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置を大型化、高コスト化することなく、水のエネルギーを高めて発電率を上げることができるようにする。
【解決手段】 水が循環する水平状の円環形の流路１と、この流路１内に収納されて流路１内を流れる水のエネルギーで羽根が回転する水車４と、この水車４の羽根に水圧を加えるため流路１内を循環する動作体７と、この動作体７を流路１の外側から操作して循環させる動作装置９と、また上記の水車４の主軸４ａに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１０とを備える。動作装置９を、流路１の外側に配置して動作体７を吸着する永久磁石９ａと、この永久磁石９ａを支持する支持部材９ｂと、この支持部材９ｂを回転させて永久磁石９ａを流路１の周方向に沿って回転させるモータ９ｃとで形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は水循環式水力発電装置に関し、更に詳しくは円環形の水路を利用して水の圧力エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換し、例えば家庭用の電力を補助できるよう形成した水循環式水力発電装置に関するものである。

従来この種の発電装置としては、例えば水道管の途中に水管を連結し、この水管に水車室を設け、この水車室内に水車を設けると共に、この水車室の手前の水管内を、水車の中央より上方又は下方の何れかの部分に水流が当たるよう狭め、水車の回転軸を発電モータの回転軸に連絡し、発電モータを蓄電池と連絡しているものがある（例えば特許文献１参照）。

従来この種の水力発電装置は、上記の特許文献１に記載されている先行技術のほかにも、種々提案されている。しかし従来品の場合は、通常、水を流す管が直線状に形成され、この管内を流れる水のエネルギーを電気エネルギーに変換する方式であった。従って従来品によると、水の圧力エネルギーが弱く、発電率が低い、という問題点があった。また従来、発電量を上げる場合は、水をポンプで高所に上げるなど、装置が大型化、複雑化し、コストが高くなるのを避けられなかった。
特開平８−４２４４０号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、提案されたものである。
従って本発明の解決しようとする技術的課題は、水車で水力発電する装置において、装置を大型化、高コスト化することなく、水のエネルギーを高めて発電率を上げることができるよう形成した水循環式水力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、次のような技術的手段を採る。
即ち本発明は、図１等に示されるように、水が循環する水平状の円環形の流路１と、この流路１内に収納されて流路１内を流れる水のエネルギーで羽根が回転する水車４と、この水車４の羽根に水圧を加えるため流路１内を循環する動作体７と、この動作体７を流路１の外側から操作して循環させる動作装置９と、また上記の水車４の主軸４ａに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１０とを備え、上記の動作装置９が、流路１の外側に配置されて動作体７を吸着する永久磁石９ａと、この永久磁石９ａを支持する支持部材９ｂと、この支持部材９ｂを回転させて永久磁石９ａを流路１の周方向に沿って回転させるモータ９ｃとで形成されていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の場合、流路１は、上面が開放状でも、閉鎖状でも良く、その断面形状は任意である。また本発明の装置は、例えば上水の水道管２の途中に組み込まれ、水道水を流路１に供給可能に形成されているのでも良い。この場合は、水の入れ替えを省略でき、水道水の水圧を利用して動作体７を移動させることができ、一層、効率良く発電できる、という利点がある。また本発明の場合は、動作装置９が流路１の外側に配置され、流路１内の動作体７を外部から移動させる構造である。従ってこれによると、動作装置９のメンテナンスが容易になり、故障を低減できる。

而して本発明の場合は、水車４が主軸４ａを垂直状に配置して流路１の周方向に等間隔をあけて複数配置され、また流路１内に、水の流れを片側に寄せて徐々に狭める整水板５が設けられ、この整水板５が作る最も狭い水路の位置６に、水車４の羽根が配置されているのが好ましい（請求項２）。
なぜならこれによると、整水板５で水を集め、水流、水圧を高めて水車４の羽根に当てることができ、発電率を上げることができるからである。また水車４が複数であるため、その分、発電量を増加できるからである。

また請求項１又は２記載の本発明の場合は、支持部材９ｂが平面視で十字状に形成され、この支持部材９ｂの各腕片９ｂ１の先端上面に永久磁石９ａが固定されているのが好ましい（請求項３）。
なぜならこれによると、永久磁石９ａが９０度置きに配置されるから、動作体７に対して間断なくバランス良く磁力を作用させて動作体７を吸着して運ぶことができるからである。またこの場合は、支持部材９ｂが円板等のプレートで形成される場合に比べ、軽量化でき、且つ材料を節減化できるからである。

また請求項１乃至３の何れかに記載の本発明は、図８に示されるように、流路１が多段状に配置され、上水の水道管２が最上段の流路１に接続され、最上段の流路１から最下段の流路１にわたって、各流路１がパイプ１１で連通状に接続され、最下段の流路１に、この流路１から流れ出る水を蛇口３に導くための水道管２が接続されているのが好ましい（請求項４）。
なぜならこれによると、設置スペースを広くとることなく、発電量を増加できるからである。またこの場合は、水道水の水圧を利用して発電できるから、これによると家庭用電力の補助に適した本発明の装置を提供できるからである。

本発明の装置は、このように水平状に配置した円環形の流路内で動作体を循環回動させ、この動作体で水圧を高めて水車を回転させ、発電できるよう形成しているものである。
従って本発明によると、水のエネルギーを電気エネルギーに変換する効率が良くなり、また構造が比較的簡単で小型であるから、例えば家庭用電力の補助電源として好適な装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１等において、１は、水が循環する流路である。この流路１は、水平状に配置され、円環形に形成されている。またこの流路１は、この実施形態では断面角形の閉鎖空間状に形成されている。この流路１の所定位置には、水の流入部１ａが設けられている。この実施形態に係る本発明の装置は、水道管２の途中に組み込まれ、そのため水の流入部１ａには水道管２が接続され、水道水が流路１内に供給可能に形成されている。なお水の流入部１ａは、流路１内で外側壁に沿って屈曲され、流路１に沿って水が円滑に流れるよう形成されている。１ｂは、水を流出させるための流出口である。この流出口１ｂは、水位が一定以上に上がらないよう、流路１の、例えば側面の上部に設けられている。またこの流出口１ｂには、流れ出す水を蛇口３（図８参照）に導くことができるよう、水道管２が接続されている。

４は、流路１に設けられている水車である。この水車４は、主軸４ａを垂直状に配置して流路１の周方向に等間隔をあけて、この実施形態では平面から見て９０度置きに、計４個設けられている。また５は、流路１内に設けられ、水の流れを片側に寄せて徐々に狭めるための整水板である。この整水板５は、流路１の内側壁から外側壁に向かって徐々に凸湾曲状に形成されると共に、水車４の収納部５ａを経て内側壁の側に徐々に湾曲され、両端が内側壁に接合するよう形成されている。水車４は、この整水板５の凹み状の収納部５ａ内に設けられ、整水板５が作る最も狭い水路の位置６に羽根が配置されている。

７は、水車４の下を通過して流路１内を循環し、水車４の羽根に水圧を加えて水車４の回転力を高めるための動作体である。この動作体７は、図７に示されるように、略箱状に形成されると共に、上面の両側に凸片７ａが起立状に設けられ、下面には流路１の底面に接触する小片７ｂが設けられている。動作体７は、凸片７ａが流路１の両内側面の下部に周方向に延びて形成されている鍔８に係止し、浮き上がりが防止される。また動作体７は、移動時の接触抵抗が、凸片７ａと小片７ｂによって低減されるものである。

９は、動作体７を、流路１の外側から操作して循環させる動作装置である。この動作装置９は、この実施形態では流路１の下側に設けられている。具体的には動作装置９は、流路１の真下に配置されて動作体７を吸着する永久磁石９ａと、この永久磁石９ａを支持する支持部材９ｂと、この支持部材９ｂを回転させて永久磁石９ａを流路１の周方向に沿って回転させるモータ９ｃとで形成されている。支持部材９ｂは、この実施形態では平面視で十字状に形成され、この支持部材９ｂの各腕片９ｂ１の先端上面に、永久磁石９ａが固定されている。モータ９ｃは、支持部材９ｂの中心位置に、軸９ｃ１を上向きにして設けられている。

１０は、水車４の主軸４ａに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機である。この発電機１０は、この実施形態では水車４の位置に夫々設けられ、また発電した電気エネルギーを蓄電できるよう、例えば蓄電池（図示せず）と電気的に接続されている。

次に本発明の装置の作用を説明する。
先ず動作装置９のモータ９ｃが駆動すると、支持部材９ｂと共に永久磁石９ａが水平状態で回転する。動作体７は、この永久磁石９ａに吸引されて追従し、流路１内を周方向に移動する。そのため本発明の場合は、この動作体７によって流路１内の水が押し流され、水圧が高められて水車４の羽根が回される。この場合、動作体７が流路１内に複数収納されていると、この動作体７が流路１内を循環回動しながら、各水車４の位置で各動作体７が順次水圧をかけて行く。そしてこの動作体７が起こす水の圧力エネルギーが、水車４に連結されている発電機１０で電気エネルギーに変換される。発電量は、水の流量、水車４や発電機１０の能力、個数等によって決定される。なおこの実施形態の場合は、本発明の装置が水道管２の途中に組み込まれているから、水道水の水圧によっても、水車４が回転され、発電が行なわれる。

以上の処において、本発明は、動作体７の追従動作がモータ９ｃの初動時から確実に行われるよう、永久磁石９ａが流路１と同じ径のリング形に形成され、流路１の下側に、流路１と同心状に配置されているのでも良い。
また本発明は、図８に示されるように、流路１が多段状に配置され、例えば上水の水道管２が最上段の流路１に接続され、最上段の流路１から最下段の流路１にわたって、順次、水が下方に流れるようパイプ１１で各流路１が連通状に接続され、最下段の流路１に、水道管２が接続されて、この水道管２の先に蛇口３が接続されているのでも良い。このように本発明の装置が構成される場合は、流路１が１個だけの場合に比べ、積層する流路１の個数分だけ発電量を増大できる。またこれによると、最上段の流路１に供給する水を、順次、下段の流路１に流して発電できるため、設置スペース、占有スペースが小さい状態で効率良く発電でき、また配管を単純化でき、配管コストを節減化できる。なおこの場合は、モータ９ｃが１台で済むよう、モータ９ｃの軸９ｃ１を流路１の個数に応じて縦に長く延ばし、各流路１の下に、永久磁石９ａを備えた支持部材９ｂが配置されるよう形成されるのが好ましい。

また本発明の場合、上例では水車４の主軸４ａが縦向きであるが、図９〜図１２に示されるように、横向きにして構成されるのでも良い。即ち、この実施形態に係る本発明は、水車４が、主軸４ａを水平状態にして流路１と直交状に配置され、流路１に一定の間隔をあけてその天井部に複数設けられている。また動作体７は、水車４の羽根に水圧を加える立上がり面部７ｃを備えて、例えば側面視略Ｌ字形に形成されると共に、浮き上がることなく水中で移動が可能になるよう重さが選定されている。動作体７がこのように形成される場合は、簡単、軽量な構造で、水車４の羽根に水圧を確実に加えることができる。また動作体７の底面には、流路１との接触摩擦を低減するための突条７ｄが中央部に、動作体７の進行方向に延びて形成されている。この本発明の場合は、上例の整水板５や鍔８等は省略されている。その他の構成は、上例と同様であるから、同一部材、同一箇所には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
そしてこの本発明の場合も、設置スペースが小さい状態で発電量をアップできるよう、図１３に示されるように、流路１が多段状に配置され、最上段の流路１から最下段の流路１に、順次、水が下方に流れるようパイプ１１で連通状に接続されるのが好ましい。

本発明の装置の好適な一実施形態を示す要部分解斜視図である。 同上装置の要部平面図である。 同上装置の一部を切欠した要部断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線における要部断面図である。 図２のＶ−Ｖ線における要部断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線における要部断面図である。 動作体を示し、Ａは平面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図、Ｃは斜視図である。 流路を多段状に配置した実施形態の要部正面図である。 水車を横向きに配置した実施形態の要部斜視図である。 図９の実施形態に係る本発明装置の要部平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線における要部断面図である。 図９の実施形態に係る本発明装置の動作体を示し、Ａは正面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図、Ｃは斜視図である。 図９の実施形態に係る本発明装置で流路を多段状に配置した実施形態の要部正面図である。

符号の説明

１ 流路
４ 水車
４ａ 主軸
７ 動作体
９ 動作装置
９ａ 永久磁石
９ｂ 支持部材
９ｃ モータ
１０ 発電機

Claims (4)

1. 水が循環する水平状の円環形の流路と、この流路内に収納されて流路内を流れる水のエネルギーで羽根が回転する水車と、この水車の羽根に水圧を加えるため流路内を循環する動作体と、この動作体を流路の外側から操作して循環させる動作装置と、また上記の水車の主軸に接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備え、上記の動作装置が、流路の外側に配置されて動作体を吸着する永久磁石と、この永久磁石を支持する支持部材と、この支持部材を回転させて永久磁石を流路の周方向に沿って回転させるモータとで形成されていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
2. 請求項１記載の水循環式水力発電装置であって、水車が主軸を垂直状に配置して流路の周方向に等間隔をあけて複数配置され、また流路内に、水の流れを片側に寄せて徐々に狭める整水板が設けられ、この整水板が作る最も狭い水路の位置に、水車の羽根が配置されていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
3. 請求項１又は２記載の水循環式水力発電装置であって、支持部材が平面視で十字状に形成され、この支持部材の各腕片の先端上面に永久磁石が固定されていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の水循環式水力発電装置であって、流路が多段状に配置され、上水の水道管が最上段の流路に接続され、最上段の流路から最下段の流路にわたって、各流路がパイプで連通状に接続され、最下段の流路に、この流路から流れ出る水を蛇口に導くための水道管が接続されていることを特徴とする水循環式水力発電装置。

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