JP2011157912A - 水圧発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
出力トルクの変動軽減による発電変動の安定化を図り、かつ部品点数の削減によるコスト低減及びコンパクト化を達成する。
【解決手段】
前室，後室を有し、外方に突出するピストンロッド２ａ，２ｂを有するピストンシリンダー１の前記前室，後室に給水バルブａよりの圧力水を交互に切替供給する３方向バルブ３Ａを備えた給水管Ａと前室，後室より排出される排水を交互に切替排水する３方向バルブ３Ｂを備えた排水管Ｂを接続し、かつ前記交互の給排水によるピストンロッドの移動により作動するラックギヤ５と該ラックギヤ５に係合し、ワンウエイクラッチを介して交互に駆動部７Ａ，７Ｂに回転力を伝達する一対のピニオンギヤ６Ａ，６Ｂを設けて夫々より交互に得られた回転力を発電機９に伝達すると共に、前記一対のピニオンギヤはワンウエイクラッチによりバルブ切替えにあたり、駆動と空転が切り替えられ、非駆動部側は無負荷運転状態にある構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は水圧発電装置、就中、家庭用水道管の水圧を利用して発電可能な簡易水圧発電装置に関するものである。

現在、脚部に障害をもつ人々にとって車椅子は広く一般に使用されているが、かかる車椅子を、人を乗せた状態のまま自宅玄関のたたきから床まで上げる場合や障害者用の風呂において障害者を浴槽に入れたり、浴槽より上げたりするような場合には介添え者の手を借りることが通常必要であり、リフト装置を設置することも考えられるが、そのためにはギヤボックスを備えたモータや油圧モータが必要となり、これら装置の使用は大型となって家庭用には不適で、また電力等のエネルギーの消費も大きくなるという問題があった。そこで、本発明者はさきに家庭内水道管の水圧の利用に着目し、家庭内水道管水圧を利用して容易に動力を得ることができる簡易発電機を提案した。（特許文献１参照）
しかし、この簡易発電機は水道管水圧を利用してピストンロッドを位相をずらして作動させるに際し、複数の電磁弁を開閉させて給排水を繰り返しシリンダーのピストンロッドを交互に往復させるため、機構が複雑であると共に、電磁弁の開閉に発電電力を消費することとなり、折角の発電機による発電効率に難点が見られた。

そのため、本発明者は更にその改良を試み、水道管水圧を利用して複数のピストンリングのピストンロッドを位相をずらして作動させる上記電磁弁の開閉動作を排し、電機部品をなくして起動バルブのみで起動・停止して他の電力消費をなくし、発電の実効性を高めた水圧発電装置を別途出願した。（特願２００８−２８１３８５号）
この出願に係る装置は前記電磁弁によるクランク軸回転に代え、メカバルブ機構による弁回転機構を用いたもので、複数のピストンシリンダーのピストンロッドを位相をずらして作動させ、これを動力源としてクランク軸を回転し、該回転をクランク軸に連結した増速機を介して発電機に伝達して発電せしめる水圧利用の発電機であって、複数のピストンシリンダーの各ピストンロッドを各ピストンシリンダーの前室と後室に夫々水道管圧力水を給水する給水管と排水する排水管を接続し、位相の異なる一対の給排水カムの回転により位相をずらして対応する制御バルブを開閉させて前記前室と後室への給水と排水を交互に繰り返すことにより作動せしめると共に、複数のピストンシリンダー相互間において上記給水と排水を互いに位相をずらして繰り返し作動させてクランク軸を回転させるようにしたものである。

特開２００８−１７５１７５号公報

しかし、この新規別途出願に係る装置についてその後、更に検討を重ねたところ、クランク機構による出力トルクの変動と部品点数に問題があり、それらの軽減による安定化及び部品削減によるコスト低減ならびにコンパクト化になお改善の余地があることを知見した。

本発明は上記知見に基づき、上記出願に係るクランク機構に代え、より簡単なラック・ピニオンによる伝動に着目し、これを採用して出力トルクの変動軽減による発電変動の安定化をもたらし、部品点数の削減によるコストの低減及びコンパクト化を図ることを目的とするものである。

即ち、上記目的に適合する本発明水圧発電装置は、ピストンで仕切られた前室，後室を有し、ピストンより外方に突出するピストンロッドを有するピストンシリンダーの前記前室，後室に給水バルブよりの圧力水を交互に切替供給する３方向バルブを備えた給水管と前室，後室より排出される排水を交互に切替排水する３方向バルブを備えた排水管を接続し、かつ前記交互の給排水によるピストンロッドの移動により作動するラックギヤと、該ラックギヤに係合し、ワンウエイクラッチを介して交互に駆動部に回転力を伝達する一対のピニオンギヤを設けて、交互に得られた回転力を増速機を介し発電機に伝達すると共に、前記一対のピニオンギヤはワンウエイクラッチによりバルブ切替え時、駆動と空転が切替えられ、回転力を伝達しない駆動部は無負荷運転状態にある構成を特徴とする。なお、ピストンロッドの移動による３方向バルブの切替えに際し、その切替時期を報知する切替検出器を設置しておくことが好適である。

本発明は以上のようにピストンロッドの移動により作動するラックより一対のワンウエイクラッチを介したピニオンギヤの一方に回転力を伝達し、他方のピニオンギヤは無負荷回転させてこれを繰り返し、回転力により発電機を回転させ電気を発生させるようにしたものであり、電磁弁，クランク機構等による回転力発生に比し、出力トルクの変動が少なく、従って変動軽減による発電変動の安定化を得ることができると共に、部品点数も少なくて済み、その削減によるコストの低減とコンパクト化を図ることができる効果を奏する。

本発明に係る水圧発電装置の機構を示す概要図である。

以下、更に添付図面に基づいて本発明発電装置の１例を挙げ具体的態様を説明する。図１は本発明水圧発電装置の１例を概要的に示したものであり、図において１はピストンシリンダーで、特に図示されていないが、その内部はピストンにより前室，後室に区分されて該ピストンより外方にピストンロッドとして、図においては左右に各ピストンロッド２ａ，２ｂが延設されており、夫々のピストンロッド２ａ，２ｂはピストンシリンダー１を囲む長方形状の取付フレームＦにその端部が固定され、ピストンシリンダー１の前室，後室内への給排水によるピストンロッド２ａ，２ｂの移動に伴って取付フレームＦが図の左右に移動するようになっている。

そして、長方形状の取付フレームＦには図１の上部一辺側フレームＦ₁に給水バルブａより圧力水を供給する給水管Ａと排水バルブｂを通じ排水する排水管Ｂに交互給水，交互排水を可能とするよう３方向バルブ３Ａ，３Ｂが設けられていて、前記シリンダー１の前室，後室に交互に給水，排水を繰り返しピストンロッド２ａ，２ｂを交互に移動させ得るようになっている。

一方、上記長方形状取付フレームＦの他の一辺側、図１における下側のフレームＦ₂にはラックギヤ５が形成されると共に、該ラックギヤ５に係合して一対のピニオンギヤ６Ａ，６Ｂが設けられている。

ピニオンギヤ６Ａ，６Ｂは一方向だけに駆動し、逆方向には空転するワンウエイクラッチとなっていて、駆動と空転の切替えを可能とし、前記３方向バルブによる切替時、駆動スプロケット又はプーリー等よりなる両駆動部の一方の駆動部７Ａに駆動力が伝達されているとき、他方の駆動部７Ｂは無負荷回転状態（空転状態）にある。そして、上記駆動部７Ａよりの出力はチェーン又はベルト等を介し増速機８に送られ、発電機９を回転させることにより電気を発生させる。なお、３方向バルブ切替えにより逆転するときは他方の駆動部７Ｂに駆動力が伝達され、その出力により発電機の回転がなされ、駆動部７Ａは空転状態となる。以上の説明においてラックギヤ５はチェーンをもって代替することも可能であり、またピニオンギヤ６Ａ，６Ｂはスプロケット等をもって代替することもできる。また、駆動部７Ａ，７Ｂは通常、駆動スプロケット又はプーリー等が用いられる。

以上の構成において、３方向バルブの切替えは圧力を検知し、所定の圧力になったとき切替時期を報知するべく取付フレームＦに設けられたダンパー又はバネ等を用いた反撥機よりなる切替検出器４Ａ，４Ｂによって行われ、ピストンロッドが指定位置、即ち、所定圧力に達すると切替検出器４Ａ，４Ｂが作動し、３方向バルブ３Ａ，３Ｂを逆転させ、前室，後室への給水、ならびに前室，後室からの排水が逆転される。

本発明装置は以上のような構成を有してなり、次にその作用態様について説明すると、先ず、給水バルブａ，排水バルブｂをあけると給水管Ａより一次圧力水が供給され、圧力水は３方向バルブ３Ａを通り、ピストンシリンダー１の一方側、図における右側流通孔ａ₁よりシリンダー１の前室側に注水されると同時に後室側の水は他方側、図における左側流通孔ｂ₁から排水され、ピストンロッド２ａは図における左側へ移動する。この場合、後室側は作動当初においては予め水が適宜量充填されている。

そして、ピストンロッド２ａが左方へ移動すると同時にラックギヤ５よりワンウエイクラッチを介したピニオンギヤ６Ａ及びスプロケット又はプーリー等よりなる駆動部７Ａに出力（回転力）が伝達される。このとき他方のピニオンギヤ６Ｂ及び駆動部７Ｂはワンウエイクラッチにより自由な無負荷回転を行う。かくて上記スプロケット又はプーリー等よりなる駆動部７Ａよりの出力はチェーン又はベルト等により増速機８に送られ、発電機９を回転させることにより電気を発生する。

次に以上のようにしてピストンロッド２ａが移動し、所定圧力となり切替時期を示す指定位置に達すると、ダンパー又はバネ等を介した反撥機よりなる切替検出器４Ｂが作動して、これにより３方向バルブ３Ａ，３Ｂを逆転させて給水管Ａよりの給水は３方向バルブ３Ａを通りシリンダー１の他方側、即ち、後室側流通孔ｂ₁より注水され、これと同時に前室側の水は流通孔ａ₁より３方向バルブ３Ｂを通り排水管Ｂより排水され、ピストンシリンダー１は図の右側へ移動すると同時にラックギヤ５よりワンウエイクラッチを介したピニオンギヤ（又はスプロケット）６Ｂ及び駆動部７Ｂに出力（回転力）が伝達される。このとき、他方側のピニオンギヤ６Ａ及び駆動部７Ａはワンウエイクラッチにより自由な無負荷運転を行う。なお、３方向バルブ切替え時は両駆動部７Ａ，７Ｂは共に自由な無負荷回転状態にある。以上の動きの繰り返しにより駆動部７Ａ，７Ｂの交互出力をチェーン又はベルトにより増速機８に送り、安定した発電を得ることができる。なお、上記本発明実施例では増速機８が発電機９との間に介設されているが、この増速機８は必らずしも設けなくても差し支えない。かくして出力トルクの変動軽減による発電変動の安定化が得られる。

また、上記図示実施例においてはシリンダーロッド１より左右に夫々ピストンロッド２ａ，２ｂを延設しているが、ピストンロッドは左右何れかの一方側のみであっても差し支えない。この場合、前室，後室交互に給排水によりピストンの往復動が繰り返され、上記と同様な作用効果を奏することは云うまでもない。

更に上記図示例ではラックギヤ５を取付フレームＦの下側フレームＦ２に形成しているが、ラックギヤ５はピストンロッドが一方の場合には該一方に延出したピストンロッド自体又はこれに隣接して形成してもよく、これにスプロケットよりなる一対のピニオンギヤをワンウエイクラッチを介して係合するように設置することも可能である。この場合も前記と同様、ピニオンギヤを介して駆動部に駆動力を伝達し、チェーン又はベルトを介して増速機８に送ることができる。

以上のように本発明は３方向バルブの切替えとラックとピニオン利用による簡単に機構により給水管を介し水道管水を給水し、排水管を介して排水して給排水を繰り返すことにより水道管水圧により発電機に適正な回転数を付与し発電することができ、この発電を動力源として家庭内における各介護設備等を作動させることができる。なお、上記水道管圧力には井戸からポンプにより汲み上げた水圧も包含される。

Ａ：給水管
Ｂ：排水管
ａ：給水バルブ
ｂ：排水バルブ
１：ピストンシリンダー
２ａ，２ｂ：ピストンロッド
３Ａ，３Ｂ：３方向バルブ
４Ａ，４Ｂ：切替検出器
５：ラックギヤ
６Ａ，６Ｂ：ピニオンギヤ（ワンウエイクラッチ）
７Ａ，７Ｂ：駆動部
８：増速機
９：発電機

Claims (2)

1. 前室，後室を有し、外方に突出するピストンロッドを有するピストンシリンダーの前記前室，後室に給水バルブよりの圧力水を交互に切替供給する３方向バルブを備えた給水管と前室，後室より排出される排水を交互に切替排水する３方向バルブを備えた排水管を接続し、かつ前記交互の給排水によるピストンロッドの移動により作動するラックギヤと該ラックギヤに係合し、ワンウエイクラッチを介して交互に駆動部に回転力を伝達する一対のピニオンギヤを設けて交互に得られた回転力を発電機に伝達すると共に、前記一対のピニオンギヤはワンウエイクラッチによりバルブ切替え時、駆動と空転が切替られ、回転力を伝達しない駆動部は無負荷運転状態にあることを特徴とする水圧発電装置。
2. ピストンロッドの移動による３方向バルブの切替時期を報知する切替検出器を設けた請求項１記載の水圧発電装置。

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