JP2012237265A - 超低落差超低流量対応型水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 螺旋状羽根の条数が多く小型化が要求される羽根車を備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であっても容易かつ低廉に製作可能な超低落差超低流量対応型水力発電装置を提供する。
【解決手段】本発明の超低落差超低流量対応型水力発電装置１は、水路２と、水路２に配され回転軸３と回転軸３の外面３ａに設けられた螺旋状羽根部材４とを有した羽根車５と、回転軸３を回転可能に支持する軸受け部６ａ，６ｂと、回転軸３に回転力伝達手段７ａ，７ｂ，７ｃを介して取り付けられた発電機８ａ，８ｂとを備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であって、螺旋状羽根部材４は、螺旋状羽根部４ａと、螺旋状羽根部４ａの基部に一体的に設けられ回転軸３の外面３ａに沿う内面形状４ｂを備えた回転軸取付部４ｃとを有し、羽根車５は回転軸３に複数の螺旋状羽根部材４を取り付けて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、小川、用水路または排水溝あるいはそれらに配されたＵ字溝等水流路において流れに沿って配設される超低落差超低流量対応型水力発電装置に関するものである。

従来より、大小の河川などにその流れに沿って配設される小型水力発電装置が種々提案されている。例えば、このような小型水力発電装置として実用新案登録第３１４３１８９号公報の小型水力発電機がある。

この小型水力発電機は、水路と、回転軸と回転軸の外面に設けられた螺旋状羽根とを有し水路に配された羽根車と、回転軸を回転可能に支持する軸受け部と、回転軸に回転力伝達手段を介して取り付けられた発電機とを備え、水路に水が流れると、羽根車が回転し、回転力伝達手段を介して得られた回転力によって発電機が発電するように構成されている。

しかし、この小型水力発電機の羽根車は、金属製螺旋状羽根を金属製回転軸の外面に溶接して形成されているため、羽根車の作製が煩雑であると共にコスト高の要因となっていた。また、羽根車の回転効率を高めるために螺旋状羽根の条数を増加させると、隣の螺旋状羽根が邪魔になり溶接が極めて困難であった。特に羽根車が小型化するほど溶接困難となり、場合によって溶接が不可能であった。

実用新案登録第３１４３１８９号公報

そこで、本発明の課題は、螺旋状羽根の条数が多く小型化が要求される羽根車を備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であっても、容易かつ低廉に製作可能な超低落差超低流量対応型水力発電装置を提供することにある。

上記課題を解決するものは、水路と、該水路に配され回転軸と該回転軸の外面に設けられた螺旋状羽根部材とを有した羽根車と、前記回転軸を回転可能に支持する軸受け部と、前記回転軸に回転力伝達手段を介して取り付けられた発電機とを備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であって、前記螺旋状羽根部材は、螺旋状羽根部と、該螺旋状羽根部の基部に一体的に設けられ前記回転軸の外面に沿う内面形状を備えた回転軸取付部とを有し、前記羽根車は前記回転軸に複数の前記螺旋状羽根部材を取り付けて構成されていることを特徴とする超低落差超低流量対応型水力発電装置である。

前記羽根車は樹脂材料にて形成されていることが好ましい。前記螺旋状羽根部材は同一形態の前記螺旋状羽根部材を複数組み合わせて環状に形成可能であることが好ましい。前記螺旋状羽根部材は、環状の回転軸取付部を有するものであってもよい。

請求項１に記載した発明によれば、螺旋状羽根の条数が多く小型化が要求される羽根車を備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であっても容易かつ低廉に作製できる。
請求項２に記載した発明によれば、羽根車を軽量化でき軸受け部への負担が軽減されることで長寿命な超低落差超低流量対応型水力発電装置を構成できる。
請求項３に記載した発明によれば、同一形態の螺旋状羽根部材を複数組み合わせて回転軸に取り付けるのみで羽根車を構成できる。
請求項４に記載した発明によれば、環状に形成された螺旋状羽根部材内に回転軸を挿入して回転軸に取り付けるのみで羽根車を構成できる。

本発明の超低落差超低流量対応型水力発電装置の一実施例の分解斜視図である。 図１に示した超低落差超低流量対応型水力発電装置の右側面図である。 図１に示した超低落差超低流量対応型水力発電装置の羽根車の構造を説明するための斜視図である。 図１に示した超低落差超低流量対応型水力発電装置の羽根車の構造を説明するための正面図である。 図１に示した超低落差超低流量対応型水力発電装置の底面図である。 図１に示した超低落差超低流量対応型水力発電装置の使用例を説明するための斜視図である。 本発明の超低落差超低流量対応型水力発電装置の他の実施例の羽根車の構造を説明するための斜視図である。 図７に示した羽根車の螺旋状羽根部材の正面図である。

本発明では、螺旋状羽根部４ａと螺旋状羽根部４ａの基部に一体的に設けられ回転軸３の外面３ａに沿う内面形状４ｂを備えた回転軸取付部４ｃとを有した螺旋状羽根部材４を、回転軸３に複数取り付けて羽根車５を構成することにより、螺旋状羽根の条数が多く小型化が要求される羽根車であっても容易かつ低廉に製作可能な超低落差超低流量対応型水力発電装置１を実現した。

本発明の超低落差超低流量対応型水力発電装置１を図１ないし図６を用いて説明する。
この実施例の超低落差超低流量対応型水力発電装置１は、図１に示すように、水路２と、水路２に配され回転軸３と回転軸３の外面３ａに設けられた螺旋状羽根部材４とを有した羽根車５と、回転軸３を回転可能に支持する軸受け部６ａ，６ｂと、回転軸３に回転力伝達手段７ａ，７ｂ，７ｃを介して取り付けられた発電機８ａ，８ｂとを備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であって、螺旋状羽根部材４は、螺旋状羽根部４ａと、螺旋状羽根部４ａの基部に一体的に設けられ回転軸３の外面３ａに沿う内面形状４ｂを備えた回転軸取付部４ｃとを有し、羽根車５は回転軸３に複数の螺旋状羽根部材４を取り付けて構成されている。以下、各構成について順次詳述する。

超低落差超低流量対応型水力発電装置１は、水の位置エネルギーと運動エネルギーを利用して羽根車５を回転させ、回転軸３に連接させた回転力伝達手段７ａ，７ｂ，７ｃを介して発電機８ａ，８ｂを駆動させ電気エネルギーを得る装置である。

水路２は、図２に示すように、ハウジング（ケーシング）９内の正面側に傾斜して設けられ、配置した水流路の水を背面側（図２中右側）から正面側（図２中左側）に向かって流す部位である。この実施例では、透明なポリエチレンテレフタレート製シートを断面略半円弧状に湾曲させて形成されている。

羽根車５は、水路２に流れる水の位置エネルギーと運動エネルギーを回転力に変換するためのものであり、回転軸３と回転軸３の外面３ａに設けられた螺旋状羽根部材４とを有している。

回転軸３は、回転力を回転力伝達手段７ａ，７ｂ，７ｃを介して発電機８ａ，８ｂに伝達するためのものであり、ハウジング９の長手方向の中央付近に沿い、両端をそれぞれ軸受け部６ａ，６ｂに支持されて回転可能に配されている。

この実施例の回転軸３は樹脂製管にて形成されており、回転軸がこのような樹脂材料にて形成されることにより、羽根車を軽量化でき軸受け部への負担が軽減されることで長寿命な超低落差超低流量対応型水力発電装置を構成できる。また、煩雑かつ困難な溶接作業が不要で、容易かつより低廉に羽根車を構成できる。さらに、金属で回転軸を形成し螺旋状羽根を溶接する従来の羽根車は、溶接のために回転軸に相応の厚みが要求され軽量化が困難であったが、回転軸を樹脂材料にて形成することにより溶接が不要となり、硬質な樹脂にてより軽量な羽根車が容易に構成できる。

螺旋状羽根部材４は、水路２を流れる水の運動エネルギーにより羽根車５に回転力を付与するための部位であり、回転軸３の外面３ａに形成されている。

螺旋状羽根部材４は、図３に示すように、螺旋状羽根部４ａと、螺旋状羽根部４ａの基部に設けられ回転軸３の外面３ａに沿う内面形状４ｂを備えた回転軸取付部４ｃとが一体成形されて構成されている。

そして、羽根車５は、同一形態の螺旋状羽根部材４を複数組み合わせて回転軸に取り付けることで構成されている。このように、超低落差超低流量対応型水力発電装置１では、同一形態の螺旋状羽根部材４を複数組み合わせることで、複雑で小型かつ回転効率が高い螺旋状羽根を構成でき、羽根車を容易かつ低廉に作製することができる。

より具体的には、この実施例の羽根車５は、図４に示すように、同一形態の４枚の螺旋状羽根部材４を四方からそれぞれ回転軸３の外面３ａに取り付けることで回転軸取付部４ｃが環状に連接し、さらに、このような４枚１組となる螺旋状羽根部材４を回転軸３の長手方向に６列取り付ける（計２４枚の螺旋状羽根部材４を回転軸３の外面３ａに沿って取り付ける）ことにより、４条の螺旋状羽根を有した羽根車に構成されている。

回転軸３の外面３ａに螺旋状羽根部材４を取り付ける方法としては、ボルト等締結部材にて螺旋状羽根部材４を回転軸３の外面３ａに固定する方法、接着剤（例えばエポキシ樹脂などの接着剤）にて螺旋状羽根部材４を回転軸３の外面３ａに固着する方法などが好適であるが、この実施例では、螺旋状羽根部材４はボルト（図示しない）にて螺旋状羽根部材４を回転軸３の外面３ａに固定されている。

螺旋状羽根部材４の形成材料しては、樹脂材料が好適であるが、この実施例では、ポリプロピレン（ペットボトルのキップのリサイクル品）にて形成されている。

このように、超低落差超低流量対応型水力発電装置１では、螺旋状羽根部材４も樹脂材料にて形成されているため、回転軸に対する螺旋状羽根の煩雑かつ困難な溶接作業が不要で、螺旋状羽根の条数が多く小型化が要求される羽根車を備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であっても容易かつ低廉に作製できる。また、羽根車を軽量化でき軸受け部への負担が軽減されることで長寿命な超低落差超低流量対応型水力発電装置を構成できる。

そして、回転軸３の上端部は、回転力伝達手段７ａ，７ｂ，７ｃを介して発電機８ａ，８ｂに連結されている。

具体的には、図１に示すように、回転軸３の上端部には、回転力伝達手段（第１ギア）７ａが固定されており、この回転力伝達手段（第１ギア）７ａに噛合するように、回転力伝達手段（第２ギア）７ｂ，回転力伝達手段（第３ギア）７ｃがそれぞれ取り付けられている。これら回転力伝達手段（第２ギア）７ｂ，回転力伝達手段（第３ギア）７ｃはそれぞれ発電機８ａ，８ｂに連結されており、羽根車５が回転すると、発電機８ａ，８ｂがそれぞれ発電するように構成されている。

ハウジング９の背面側は、図１に示すように、上面側に上部カバー１０が取り付けられ、両側面側に側部カバー１１ａ，１１ｂがそれぞれ取り付けられ、下面側に下部カバー１２が取り付けられることにより、ハウジング９の他の区画板と共に、発電機８ａ，８ｂの配置部が液密に構成されており、水が流入して発電機８ａ，８ｂが損傷しないよう保護されている。

なお、上流から流れてくる水は、図５に示すように、下部カバー１２が設けられていない部位の下面側からハウジング９内に流入し、水路２に流れるよう構成されている。

また、下部カバー１２の下面には、図５に示すように、背面側から正面側に向かって両側に傾斜するよう取り付けられたＶ字形状の浮遊物除け１３が設けられており、この浮遊物除け１３が上流から流れてくる水の中に浮遊物が際するには、両側に振り分けるように作用し、浮遊物が水路２内に侵入しないように構成されている。

つぎに、超低落差超低流量対応型水力発電装置１の使用方法について説明する。
超低落差超低流量対応型水力発電装置１を使用するには、まず、図６に示すように、小川やＵ字溝２０等水流路内に超低落差超低流量対応型水力発電装置１を載置して配設する。この配設に際して必要な場合はアンカーや鎖などの固定具を使用して超低落差超低流量対応型水力発電装置１を固定する。

この状態で、上流から水が流れてくると、ハウジング９内に背面側下部から水が流入し水路２に流れる。水路２内の水は背面側から正面側に向かって流れ、これに伴って羽根車５が回転する。この回転によって回転力伝達手段（第１ギア）７ａ，回転力伝達手段（第２ギア）７ｂ，回転力伝達手段（第３ギア）７ｃを介して発電機８ａ，８ｂに回転力が伝達され、発電機８ａ，８ｂがそれぞれ発電する。発電機８ａ，８ｂによって発生した電力は、近隣に設けられた電灯やイノシシ除け等の電力供給源として有効に活用することができる。

さらに、図７または図８に示した本発明の超低落差超低流量対応型水力発電装置の他の実施例について説明する。
この実施例と前述した超低落差超低流量対応型水力発電装置１との相違は、螺旋状羽根部材の形態のみであり、他の部位は同一であるため、同一構成部位の説明および装置全体の図面は省略する。

この実施例の螺旋状羽根部材３４と前述した螺旋状羽根部材４との基本的な相違は、螺旋状羽根部材３４が環状の回転軸取付部３４ｃを有している点である。

具体的には、螺旋状羽根部材３４は、４枚の螺旋状羽根部３４ａと、螺旋状羽根部３４ａの基部に設けられ回転軸３の外面３ａに沿う内面形状３４ｂ（この実施例では円筒形状）を備えた回転軸取付部３４ｃとが樹脂材料にて一体成形されている。この螺旋状羽根部材３４によれば、回転軸３に複数の螺旋状羽根部材を回転軸３の長手方向に沿って順次装着（換言すれば、複数の螺旋状羽根部材３４内に回転軸３を挿入して回転軸３に取り付けるのみで羽根車を容易に構成できる。

１ 超低落差超低流量対応型水力発電装置
２ 水路
３ 回転軸
３ａ 回転軸の外面
４ 螺旋状羽根部材
４ａ 螺旋状羽根部
４ｂ 回転軸取付部の内面形状
４ｃ 回転軸取付部
５ 羽根車
６ａ，６ｂ 軸受け部
７ａ，７ｂ，７ｃ 回転力伝達手段
８ａ，８ｂ 発電機
９ ハウジング
１０ 上部カバー
１１ａ，１１ｂ 側部カバー
１２ 下部カバー
１３ 浮遊物除け

Claims (4)

1. 水路と、該水路に配され回転軸と該回転軸の外面に設けられた螺旋状羽根部材とを有した羽根車と、前記回転軸を回転可能に支持する軸受け部と、前記回転軸に回転力伝達手段を介して取り付けられた発電機とを備えた超低落差超低流量対応型水力発電装置であって、前記螺旋状羽根部材は、螺旋状羽根部と、該螺旋状羽根部の基部に一体的に設けられ前記回転軸の外面に沿う内面形状を備えた回転軸取付部とを有し、前記羽根車は前記回転軸に複数の前記螺旋状羽根部材を取り付けて構成されていることを特徴とする超低落差超低流量対応型水力発電装置。
2. 前記羽根車は、樹脂材料にて形成されている請求項１に記載の超低落差超低流量対応型水力発電装置。
3. 前記螺旋状羽根部材は、同一形態の前記螺旋状羽根部材を複数組み合わせて環状に形成可能である請求項１に記載の超低落差超低流量対応型水力発電装置。
4. 前記螺旋状羽根部材は、環状の回転軸取付部を有する請求項１または２に記載の超低落差超低流量対応型水力発電装置。

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