JP2014080957A - 浮上式水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】我が国に多い，狭小で浅い河川に設置できる係留形の安価な自己浮上式発電装置提供する。
【解決手段】表面流を収束するための開口部と流木・流氷などを乗り越えるための傾斜部を有するフロート２本を一体化した浮体部の上に，シロッコ形水車と，これに多極形交流発電機などを同一軸上に直結した浮上形発電機を牽引索などで流水面に単独または直並列に複数台設置する。
【選択図】図１

Description

河川の水面近くの流速のエネルギーを利用する浮上式水力発電装置に関する。

非常に多く存在する小河川は，水深が浅く，その水位も大きく変化する。このような河川の表面近くの流速を利用し，小出力ながら害獣対策用電気柵，放牧柵用電気柵など及び照明などの小電力電源に使用する安価で，設置が容易で，大きな水位の変動にも耐え得る浮上式水力発電装置に関する。

特開２００３−２８６９３５号公報 特開２０１１−２０２６０５号公報 特開２００２−２０２０４２号公報

なし

課題を解決するための課題

単に水面に浮かべるだけで，河川を堰・ダムなどにより堰き止めることなく，また導水路などの工事の必要もなく，流木・流氷による破損を防止し，かつ水位の変動に対しても安全で安価な浮上式水力発電装置。

この問題を解決するために［特許文献１］特開２００３−２８６９３５に浮上式の水力発電システムが提案されているが，該発明では，増速機及び増速機並びにこの相互間の伝動装置が露出しているために氷結の恐れがあり，また，増速機の重量も大きく浮上装置としては無視できない。

また，［特許文献２］特開２０１１−２０２６０５に浮上式の水車式水力発電装置が提案されているが，該発明では，装置を中央部で係留しているために左右の流速に差がある時には，係留連結部に大きな偶力が発生する恐れがあり，また，流木・流氷などに対する防護もない。さらに，詳細説明の記述が無いが，水車に内蔵している増速機を含む発電機部の構造が複雑になることが予想され，また，その防水も困難なことが考えられる。さらに，水車左右の先端が，川岸などに接触したときの保護がない。

また，これらの水車に使用されている発電機は，流速が，１ｍ／ｓ程度の時，水車の回転速度は，数１０ｒｐｍ程度であり，このために増速機が必要で，自己浮上式水力発電装置としては，重量が増大し，価格高騰の一因となっている。

また，［特許文献２］特開２００２−２０２０４２に自己浮上式の水力発電装置が提案されているが，該発明では，縦翼形を採用しているために，水深の浅い河川では，利用できない欠点があった。

課題を解決するための手段

本発明は，これらの問題点を解決し，小形・軽量で安価な浮上式発電装置を実現するために，先端部に表面流を集束するための開口部と流木・流氷などを乗り越えるための傾斜部を有するフロート２本を一体化した浮体部の上に，シロッコ形多翼水車と，防水機能などを附加した多極形可変リラクタンス形または，ＨＢ形ステップモータを発電機として利用し，これに軸封装置などの防水機能を附加した多極形交流発電機を同一軸上に直結した浮上形発電機を牽引索などで流水面に設置する。

上記［００１０］の水車および発電機を同軸上に複数個を配置したり，縦列に配置して総合出力を増大することのできる浮上式発電装置

発明の効果

本発明の水力発電機は，自己浮上形発電機を水深の浅い河川の川岸などより牽引索などの牽引具で流水面上に浮かせて設置するだけなので，本体価格，設置費とも安価で，大きな水面の上下にも対応でき，発電原価の低減を実現できる。

本発明の水力発電機は，前記［００１０］記載のごとく，市販の発電機を利用することにより，流速が１ｍ／ｓ程度の低速でも，１０Ｖ以上で，商用周波数に近い交流出力電圧が得られるので，通常の変圧器でも昇圧が可能であり，既存の素子又は，機器を利用して定電圧化して，市販の交流電気機器・器具の充電などに容易に利用できる。

さらに，この交流出力電圧を，サイリスタなどの，既存の素子又は，機器を利用して容易に定電圧化し，整流又は倍電圧整流することが可能となり，種々の交流定電圧電源及び直流定電圧・定電流電源として照明又は電池の充電など利用範囲が広い。

本発明の発電装置の構造例示す構造図 図１の発電装置の水車を同軸に２連とした場合の断面図 図１の発電装置の水車を直列に２軸とした場合の断面図

本発明の実施例を［図１］に示す。図１に於いて，デッキ３で一体化された左フロート１及び右フロート２と，その上面に，水車４と発電機６を同軸に一体化した発電機部を搭載した自己浮上式水力発電機を，川岸などに設置した杭などの固定具より牽引索１１により，流水面上に設置する。

水車４は，多翼型のシロッコ形水車で，水車の下部は，直径の約１／４程度が流水中ｄに浸漬され，また，フロート１及び２の前部には，［図１］の下面図に示すごとく開角βの集水部を設けて，表面流を水車の幅内に集めて出力の増大を図るとともに，フロート１及び２の前部下面に，図１のＢ−Ｂ断面図に示すごとき勾配αの傾斜部イ及びロを設けて，大きな流木，流氷などを乗り越える効果を付与している。

しかし，一般に河川の流速は２〜３倍程度大きく変動する。したがって，本発明の出力電圧及び周波数も大きく変動する。負荷に対する周波数の変動の影響は小さいが，電圧の変動の影響は大きいので電圧の安定化が必要である。これに対処するために，本発明に於いては，発電機６は，多極形可変リラクタンスまたは，ＨＢ形ステップモータに軸封装置などの防水対策を施した交流発電機を利用し，これに軸５を直結し，軸５の他端は，軸受８，軸受具７を介してフロート２にて支持することにより，非常に安価で，６０ｒｐｍ程度の低速でも１０Ｖ以上で，商用周波数に近い交流出力電圧を得ることができるので，既存の回路・機器の利用が容易である。

また，流水が流れている以上その温度は，氷点以上であるので，カバー９を設けることにより，当然カバー９内部の温度も氷点以上となるので，積雪及び氷結を低減できる。

さらに前述の水車を軸方向に長くすることにより出力の増加が可能であるが，水車翼が強度的に長さ制限を受けるので，この対策として，［図２］に示す如く，同軸上に水車２個を取り付け，かつ，軸５の両端部に，［００１８］と同じ発電機６を２個直結した例で，上述の浮上式発電機の出力を約２倍に増大させることができる。この場合，フロート１２は，フロート１とほぼ対称形でよい。

［図３］は，上述の自己浮上式発電機の出力を約２倍に増大させるために，［図１］のフロート後端部を延長して，図１の水車および発電機部を，さらに直列に取り付けた例で，狭隘な小河川に適する。

なお，河川を広く，かつ長く利用できる場合には，前記［００１６］，［００２０］および［００２１］の浮上式発電機を複数台，縦横に並べて設置することにより，総合出力を増大することができる。

１ 左フロート
２ 右フロート
３ デッキ
４ 水車
５ 軸
６ 発電機
７ 軸受具
８ 軸受け
９ カバー
１０ ハンドル
１１ 牽引索
１２ フロート右

Claims (2)

1. 流水面上に於いて，先端部に表面流を集束するための開口部と流木・流氷などを乗り越えるための傾斜部を有するフロート２本を一体化した浮体部の上に，多翼形シロッコ形水車と，これに防水機能などを附加した多極形交流発電機などを同一軸上に直結した浮上形発電機を牽引索などで流水面に設置する小形・軽量で安価な浮上式発電装置
2. 上記［請求項１］の水車および発電機を同軸上に複数個を配置したり，縦列に配置して総合出力を増大することのできる自己浮上式発電装置

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