JP2008309167A - エネルギー吸収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特開２００３−２６９３１８に示されている矩形状水車は、（１）流下する塵埃への対策（２）除塵具による流れの減速（３）設置の容易さ（４）流水の一様性確保の課題がある。
【解決手段】
（１）塵埃対策として、塵埃を水車を迂回させる、（２）流れの減速に対しランプの設置により加速する、（３）本発明システムを流水中に浮かべ、川岸等からの牽引索で流下を防ぐ簡易な設置方法をとる、（４）流れ整流のために水車上流側に整流板を置く。これらにより、矩形水車の実用性を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水流の持つエネルギーを吸収する装置に関するものである。

水車には多くの種類・型（以下では、これらを総称して従来水車という）があり、それらに共通するのは水車正面形状が円形であることである。これに対し特開２００３−２６９３１８に示されている風・水力エネルギー吸収装置は水車正面（流水取り入れ口）形状は矩形であり、矩形状水車は特開２００３−２６９３１８において始めて実現可能となったが以下の諸課題への対策があってはじめて実用となる。
課題１：特に大きな課題は流下する塵埃対策である。従来水車を用いた既存の水車利用はすでに歴史は長いが、流下物に関わっての運用トラブルは完全になくなったわけではない。矩形水車は多くの場合水路を塞ぐような形に設置されるのでそのままでは流れの中の多くの流下物が水車に流れ込んでしまう。既に商品となっている除塵機を矩形水車前に設置すれば流下物対策はほぼ解決されるが装置規模は大きく、コスト高となる。従い、簡易な除塵方法が必要である。
課題２：一般に除塵機の後では流速が下がり流れのエネルギーも減少する。流れのエネルギーを水車により最大限に汲みあげるために、このエネルギー減に対策が必要である。
課題３：従来水力発電を行うには水路の改修等による初期投資が大きくなり経済性を低下させている。特に小水力発電においては初期投資をいかに小さくするかが小水力発電の普及の大きな要素である。
課題５：自然な水流は、一様な流れではなく場所ごとで、また同じ場所でも水深方向、水路幅方向でも流速や乱れの状況は異なる。水車の性能を最大に引き出すためには水車設置場所での流れの一様性確保が必要である。
特開２００３−２６９３１８

以下では本発明を当該システム、当該システムを構成する水車を当該水車、また当該システムを構成する除塵具を当該除塵具と表記する。
河川等の流れには流下物がある。これらが、当該水車１に絡まって、ブレード２の動きを阻害し、あるいは、衝突して当該水車を破損等する。したがって、流下物を当該水車に至らないようにする必要がある。従来の方法はこれら流下物を水車上流ですくい上げ、水路外に取り除く方法が取られているが、除去物の処分に苦慮しているのが現状である。そこで本発明においては、流下物を水路外に除去するのではなく、流下物は水車を迂回させ水車に至らないようにする。そのために当該水車前面に金網３等を水流に対し角度をもって設置し流下物の流れ方向を水車から離れる方向へ誘導し当該水車に至らないようにする。金網等を多段に設置し上流側から目の粗さを細かくすることにより大から小までの流下物が水車に流れ込むことを避けることができる。なお、迂回路としては、当該水車の片側あるいは両側、あるいは水路に水深がある場合は当該水車の上側あるいは底側がある。

流れのエネルギーは流速の３乗に比例するため、流れの増速は重要である。簡易な方法で増速するために、流れを集める集水板２７を当該水車の前面に設置する。あるいは、流れに落差をつけ流れを加速するために、当該システム前面あるいは当該水車前面に堰あるいは河底にランブ２８を設ける。なお、これらは流れの速度分布状況に応じ全前面に対し設置するか、部分前面に設置する。

当該システムを深度のある海や河川に設置する場合、大規模な設置工事や環境改変を要しては、実用上の大きな支障となるため、設置方法が容易でなければならない。当該システムの設置方法はシステムが流されないように海底あるいは河川底４３に錘２５あるいは碇を設置、あるいは岸から牽引する。また、当該システムを適切な深度に設置するためにフロート２６の浮力により浮かべる。これらの方法においては大規模な設置工事や環境改変はない。

川などの流れは、一様流ではない。当該水車のブレードの出力を最大限に引き出すには、可能な限り一様流に近い流れの中で稼動することが望ましい。そのためには、流れを整流する必要がある。流れの波打ち等変動を抑制するために当該水車の上流側に丸棒等で組んだ整流格子２９あるいは多数枚の翼等で構成された整流板３０を設置する。除塵具としての金網には、流下物除去とともに整流格子としての機能も付加できる。流れの状況に応じ整流板等は当該水車の全前面にわたって設置するか、部分的前面に設置する。金網による除塵具をすのこ様のものを用いる方法もある。

潮流等の自然の流れは多くの場合、幅方向、深さ方向に流速は同じではないため、当該水車を左右あるいは上下あるいは左右上下に当該水車を並置した多連水車３９にすることにより流れのエネルギーを効率よく吸収できる。これら並置した水車全体と同じサイズの当該水車も実現可能であるが、維持管理の点からはより小型の当該水車の並置方式が望ましい。並置の形態としては、各当該水車が独立している場合と、主スプロケット軸をフレキシブルシャフト３１等で連結してより大きな回転力を得る場合とがある。

当該水車を持ち上げられるようにしたスライド溝を有した架台３４を設置することにより、河川等の増水時の緊急避難や保守点検作業が容易に行うことができる。あるいは、当該水車を垂直な装置回転軸３５周りに回転・上下滑動できるようにすることにより、河川の増水時等に当該水車を流れ方向に移動し、かつ水面上に当該水車を持ち上げることができ、過大な荷重負荷を回避できる。また、垂直軸が川岸にある場合は、当該水車を川岸に接岸して緊急避難ができる。また、保守点検時にも川岸に当該水車を接岸させることにより作業が容易になる。再度正規の位置に当該水車を設置するには、外部動力を付加してブレードを駆動することにより推力を発生させ当該水車を正規位置に移動することができる。当該除塵具も当該水車同様に対処するが、当該水車のように外部動力で水力発生はできないので、牽引等により正規位置に再設置する。

当該水車にフロート３６を設置することにより当該水車が浮かび上がるので容易に当該水車を移動できる。常時はフロートを収縮させておき、必要時に空気等を注入してフロート機能を持たせるか、必要時にフロートを装着し当該水車を浮かすことにより当該水車の回転や移動等を容易に行うことができる。また、フロートの設置により水面が上下しても当該水車と水面との位置関係を常に一定にすることができる。また、水面から適度な深さに当該水車を浮かせることができ、川底付近の遅い流れを避けることができる。フロート３６を回転自由にすることにより当該水車が回転した場合にフロートを当該水車と並行にでき、過大な水圧回避や回転時に必要なスペースを小さくする。

図１は本発明を適用した実施例である。なお、以上では水平設置をもとに記述をしているが、本発明を用いた当該水車は、垂直設置でも利用できる。

従来の水力発電は、ダム等により水力エネルギーの集中を行い、エネルギー密度の高い流れを利用する方式であったが、当該システムにより、これまでに実用されていないエネルギー密度は低いが流量の多さ故にエネルギー量が高い流れを集中することなく、そのエネルギーを吸収することができる。

当該水車に本発明を実施した説明図 海上等に当該水車を固定するために海底等に沈めた錘により当該水車を固定する本発明を実施した説明図 複数の当該水車を連接した本発明を実施した説明図 固定軸周りに当該水車を回転運動、上下運動できる本発明を実施した説明図

符号の説明

１ 当該水車
２ ブレード
３ 金網
２５ 錘
２６ フロート
２７ 流れ加速用の集水板
２８ 流れ加速用のランプ
２９ 整流格子
３０ 整流板
３１ フレキシブルシャフト
３３ 発電機
３４ スライド溝を有した架台
３５ 装置回転軸
３６ フロート
３９ 多連装置
４３ 海底、河川底

Claims (3)

1. 特開２００３−２６９３１８に特許請求の装置１台ないしは複数台を並列配置し水車として使用し当水車に発電機を接続した発電装置と、当水車に向かって流下してくる塵埃を水車到達前にすくい上げ水路外へ除去するのではなく水車上流側に金網等を流れ方向に対し角度をもって設置し塵埃が水車を迂回して水車後方に流下するようにさせる除塵具とから成り、当水車および当除塵具を錘あるいは碇あるいは岸等からの牽引索で流下を止め、当水車あるいは当除塵具あるいは当水車および当除塵具を流水中に浮かべる、あるいは牽引索の代わりに固定した軸に上下方向スライドが可能あるいは当固定軸周りに回転可能あるいはスライド・回転ともに可能な機能を付与した発電システム。
2. 除塵具による流れの減速を回復あるいはさらに増速する手段を設けた請求項１の発電システム。
3. 乱れた流れを整流する整流格子あるいは整流板を水車の全前面あるいは部分的前面に備えた請求項１の発電システム。

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