JP2015052282A - 小型水力発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】自然景観を損なうことなく小規模でかつ簡便に電力を安定して得ることができ、耐用性やメンテナンス性に優れた小型水力発電機を提供する。
【解決手段】管路１８内に全体が浸漬配置され該管路１８内の水流によって回転される回転羽根１５と、前記回転羽根１５に連結した回転体１６ａに固定された永久磁石１６と、前記永久磁石１６に回転自在に対向配置された回転磁石体１７とを備え、前記回転羽根１５の回転により回転する永久磁石１６の回転磁力を駆動源として前記回転磁石体１７を回転させ、前記回転磁石体１７に接続した発電機１４を駆動させて発電するようにしたことを特徴とする小型水力発電機。
【選択図】図１

Description

本発明は工場や一般家庭内などの流水配管中に設置して、その流水の運動エネルギーを無駄なく電気エネルギーに変換することのできる小型水力発電機に関する。

従来、一般的な水力発電装置は、河川に建設されたダムの水面より下方位置に発電装置を配置し、上記ダムから落水管を通して導いた水を発電装置に供給し、該水のもつ位置エネルギーを電気エネルギーに変換するようにしている。
また、容易に設置可能な小規模発電用として、例えば、特許文献１（特開２０１１−１２７３３４号公報）には、落差を有する高速流水中に設置された水車の回転軸に増速機を介して発電装置を設け、更に電圧安定装置及び蓄電器を接続したことを特徴とする山野の高速流水を利用した簡易水力発電装置が記載されている。

特開２０１１−１２７３３４号公報

ところが、従来の水力発電装置においては、ダムの建設に数年の工期を要し且つその建設費用が巨額である。また、落水管や発電装置が地上に建設されるところからその周辺の自然景観が損なわれる等の問題があった。
さらに、水力発電装置の建設地として、河川の流れが急で大きな水位差を必要とすることなどから水力発電装置の設置自由度が低いという問題もあった。
特に特許文献１の水車の回転軸に増速機を設けた簡易水力発電装置は、水車への水流を直接的に制御できないために河川の増水などで流水量の変化が激しい場合に安定的に電力を取得できないという問題があった。
またさらに、水車への水流による直接負荷が大きくなるために、水車のみならず発電機や動力伝達部などの付帯設備への負荷が過大となってその耐用性やメンテナンス性の点でも問題があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたもので、自然景観を損なうことなく小規模でかつ簡便に電力を安定して得ることができ、耐用性やメンテナンス性に優れた小型水力発電機を提供することを目的とする。

（１）本発明の小型水力発電機は、
管路内に全体が浸漬配置され該管路内の水流によって回転される回転羽根と、
前記回転羽根に連結した回転体に固定された永久磁石と、
前記永久磁石に回転自在に対向配置された回転磁石体とを備え、
前記回転羽根の回転により回転する永久磁石の回転磁力を駆動源として前記回転磁石体を回転させ、
前記回転磁石体に接続した発電機を駆動させて発電するようにしたことを特徴とする。

（２）本発明の小型水力発電機は、
管路内に全体が浸漬配置され該管路内の水流によって回転される回転羽根と、
前記回転羽根に固定された永久磁石と、
前記永久磁石に対向配置され前記管路の外周側に固定配置された誘導コイルとを備え、
前記回転羽根の回転により発生する誘導コイルからの起電力を取り出して発電するようにしたことを特徴とする。

（３）本発明の小型水力発電機は、前記（１）又は（２）において、
前記管路に流入する流水量を調節する流量制御部を設け、
該流量制御部によって管路に流入する水量を調整することによって、
前記回転羽根の回転数を制御し、
前記回転羽根の回転により発生する起電力を調整することを特徴とする。

本発明の小型水力発電機は、
管路内に全体が浸漬配置され該管路内の水流によって回転される回転羽根と、
回転羽根に連結した回転体に固定された永久磁石と、
永久磁石に回転自在に対向配置された回転磁石体とを備え、
回転羽根の回転により回転する永久磁石の回転磁力を駆動源として回転磁石体を回転させ、
回転磁石体に接続した発電機を駆動させて発電するようにしたので、
管路内に全体が浸漬配置され管路内の水流によって回転される回転羽根を駆動源として回転する回転磁石体により発電することができ、
自然景観を損なうことなく小規模でかつ簡便に安定電力を得ることができる。
また、エネルギー源となる水流は回転羽根にのみ接触しており、直接発電機本体や電流回路に触れることがないので、耐用性やメンテナンス性にも優れている。

実施例１に係る小型水力発電機の平面図である。 実施例２に係る小型水力発電機の説明図である。 実施例３に係る小型水力発電機の説明図である。

本実施形態に係る小型水力発電機は、管路内に全体が浸漬配置され該管路内の水流によって回転される回転羽根と、回転羽根に連結した回転体に固定された永久磁石と、永久磁石に回転自在に対向配置された回転磁石体とを備え、回転羽根の回転により回転する永久磁石の回転磁力を駆動源として回転磁石体を回転させ、回転磁石体に接続した発電機を駆動させて発電するようにした。
これによって、回転羽根を駆動源として回転する回転磁石体により効率的に発電することができるとともに、永久磁石側と回転磁石体側とがそれぞれ密閉された分離状態に配置できる。
したがって、管路内に全体が浸漬配置され管路内の水流によって回転される回転羽根を駆動源として回転する回転磁石体により発電することができ、自然景観を損なうことなく小規模でかつ簡便に安定電力を得ることができる。
また、エネルギー源となる水流は回転羽根にのみ接触しており、直接発電機本体や電流回路に触れることがないので、耐用性やメンテナンス性にも優れている。

小型水力発電機は、例えば、工場や家庭内を流れる流水の循環水配管や排水管、給水管などの既設の流水管路に設置して、その管路内を流れる流水の運動エネルギーを電気エネルギーに無駄なく変換するための省エネルギー性に優れた装置である。

回転羽根は、その回転軸が管路中心軸に沿って配置されたスクリュー状部材であり、その上流側及び下流側の基端がそれぞれ軸受部を介して固定されるとともに、スクリュー状部材が回転自在に支持される。こうして、管路内に全体が浸漬配置され管路内に流れる水流によって回転羽根を回転させるようになっている。

永久磁石は、回転羽根の回転軸基端に連結した回転板に固定されて、回転羽根の回転に伴って回転する複数個の磁性体であって、これら磁性体周囲に回転磁界を発生させることによって、永久磁石の回転磁力を周囲に伝達させるように構成している。

なお、これら永久磁石と回転磁石体との間にプラスチックやガラス、セラミックなどの磁力線を透過する薄肉の磁気透過部材を配置して、永久磁石側と回転磁石体側と間の密閉性を高めることによって、装置内で発生する水漏れトラブルなどを回避するようにしてもよい。

また、本発明の実施形態に係る小型水力発電機は、管路内に配置され該管路内の水流によって回転される回転羽根と、回転羽根に固定された永久磁石と、永久磁石に対向配置され管路の外周側に固定配置された誘導コイルとを備え、前記回転羽根の回転により発生する誘導コイルからの起電力を取り出すこともできる。
これによって、回転羽根を駆動源として回転する回転磁石体により効率的に発電することができるとともに、水流に接する永久磁石側を密閉した状態に配置することができる。

誘導コイルは、永久磁石に対向して固定配置される部材であり、永久磁石の回転によって生ずる磁界の変化によって、管路の外周側に固定配置された誘導コイルに誘導起電力を発生させることができる。
これによって回転羽根の動力を、チェーンやベルト、ギアなどの動力伝達装置を介して取り出す必要がなく、電力を効率的に得ることができ、水流が直接発電機本体や電流回路に触れることがないので、耐用性やメンテナンス性にも優れている。

本実施形態に係る小型水力発電機は、管路に流入する流水量を調節する流量制御部を設け、流量制御部によって管路に流入する水量を調整することによって、回転羽根の回転数を制御し、回転羽根の回転により発生する起電力を調整することができる。
これによって、予期しない水量の変動などに対応して、管路を流れる水のエネルギーを有効に利用して、安定的かつ安全に必要な電力を得ることができる。

また、小型水力発電機で発生する起電力を適正化するように制御装置を介して自動制御することもできる。
このような制御装置はコンピュータやシーケンサからなり、発電機で発生する起電力を測定する電力計や電圧計などのセンサと、バルブ制御弁などの流量制御部の駆動系に接続されている。
流量制御部は、回転羽根が取り付けられる管路の上流側又は下流側に配置されるバタフライ弁やサーボモータなどで駆動されるサーボ弁などであって、制御装置からの制御信号によってその開閉度をコントロールできる。

（実施例１）
本発明に係る実施例１の小型水力発電機について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の形態の小型水力発電機にのみ限定されるものではない。
図１に示すように、実施例１の小型水力発電機１０は、工場内を循環する冷却水や冷暖房用水、側溝水、家庭用水などが流れる管路１８に配設されて、その給水口１１から装置本体１２に取り入れられて排水口１３から排出される水流１９の運動エネルギーを電気エネルギーとして利用するための電力供給装置である。

全体が略円筒状に形成された装置本体１２には、水が流れる管路１８内に回転羽根１５を浸漬配置されており、管路１８内の水流１９が、回転羽根１５の回転軸１５ｂに沿って複数取り付けられたスクリュー１５ａに突接して回転羽根１５を回転駆動させる。

回転羽根１５の回転軸１５ｂは、その両端の基端が軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されるとともに、回転軸１５ｂの一方の基端側は、永久磁石１６を配置した回転体１６ａに固定されている。
永久磁石１６は、回転体１６ａの円板上に放射状に複数配置されており、管路１８内を流れる水流１９の運動エネルギーを駆動源として回転羽根１５の回転に伴って回転する。
この回転する永久磁石１６には、所定の間隔ｄを有して対向配置された回転磁石体１７が設けられており、回転磁石体１７が回転されることでその駆動軸１７ｂを介してその動力が取り出されるようになっている。

回転磁石体１７の駆動軸１７ｂと、発電機１４の駆動軸１４ａとはベルト１４ｂを介して連結されており、水流によって回転する回転磁石体１７の駆動軸１７ｂの動力が、発電機１４に伝達されるようにしている。

以上説明したように、実施例１の小型水力発電機１０は、永久磁石１６と回転磁石体１７とを介して管路１８を流れる水流１９による運動エネルギーが発電機１４に伝達するように構成されているので、永久磁石１６と回転磁石体１７とをそれぞれ密閉構造として配置することもできるために耐用性やメンテナンス性にも優れた構造とすることも可能である。

（実施例２）
実施例２の小型水力発電機２０は図２に示すように、家庭内を循環する冷暖房用水、河川からの側溝水などが流れる管路１８に配設される電力供給装置である。
実施例２の小型水力発電機２０は、実施例１の小型水力発電機１０に加えて、発電機１４で発生する起電力を取得して給水口１１から流入する水量を管理するための制御装置２１を付加した構成としている。
なお、以降の説明において、実施例１と同様の機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略するものとする。

制御装置２１は、給水口１１側又は排水口１３側に設けられた流量制御弁２２を駆動させる駆動部に接続されるとともに、発電機１４の起電力を測定するための電圧計２３に接続されている。
このようにして、装置本体１２内を流れる冷却水などの流水によって発電される電力量に応じて、その管路１８を流れる水量を、制御装置２１にロードされた管理プログラムに従って制御することができる。
これによって、発電機１４で生じる電力量を適性に管理運営して安定的に稼働できるようにしている。

（実施例３）
実施例３の小型水力発電機３０は、図３に示すように、実施例１の小型水力発電機１０の回転磁石体１７に代えて、装置本体３１の管路１８の外周側に固定配置される誘導コイル３３を備えたものである。
装置本体３１は、全体が略円筒状に形成されるとともに、その軸方向に給水口１１及び排水口１３が設けられている。
回転羽根１５の回転軸１５ｂやスクリュー１５ａには永久磁石３２が複数配設されるとともに、回転羽根１５を配置した管の外周側に誘導コイル３３が配置されており、回転羽根１５の回転により発生する誘導コイル３３からの起電力を取り出して発電するようにしている。

なお、誘導コイル３３は、永久磁石３２が配置された管路１８とは隔てられており、水漏れに対する気密性や水圧に対する強度などが確保されている。
こうして、永久磁石３２の回転に伴って発生する誘導コイル３３からの電力は、ベルト機構などの動力伝達部を介すること無く各コイルの出力端子を介して外部に直接取り出すことができる。

本発明の小型水力発電機は、管路１８内に全体が浸漬配置され管路１８内の水流によって回転される回転羽根１５を駆動源として回転する回転磁石体により発電することができ、エネルギー源となる水流は回転羽根にのみ接触しており、直接発電機本体や電流回路に触れることがないので、耐用性やメンテナンス性にも優れており、産業上の利用可能性が高い。

１０ 実施例１の小型水力発電機
１１ 装置本体
１２ 給水口
１３ 排水口
１４ 発電機
１４ａ 駆動軸
１４ｂ ベルト
１５ 回転羽根
１５ａ スクリュウー
１５ｂ 回転軸
１５ｃ 軸受
１６ 永久磁石
１６ａ 回転体
１７ 回転磁石体
１７ａ 回転体
１７ｂ 駆動軸
１８ 管路
１９ 水流
２０ 実施例２の小型水力発電機
２１ 制御装置
２２ 流量制御弁
２３ 電力計
３０ 実施例３の小型水力発電機
３１ 装置本体
３２ 永久磁石
３３ 誘導コイル

Claims (3)

1. 管路内に全体が浸漬配置され該管路内の水流によって回転される回転羽根と、
   前記回転羽根に連結した回転体に固定された永久磁石と、
   前記永久磁石に回転自在に対向配置された回転磁石体とを備え、
   前記回転羽根の回転により回転する永久磁石の回転磁力を駆動源として前記回転磁石体を回転させ、
   前記回転磁石体に接続した発電機を駆動させて発電するようにしたことを特徴とする小型水力発電機。
2. 管路内に全体が浸漬配置され該管路内の水流によって回転される回転羽根と、
   前記回転羽根に固定された永久磁石と、
   前記永久磁石に対向配置され前記管路の外周側に固定配置された誘導コイルとを備え、
   前記回転羽根の回転により発生する誘導コイルからの起電力を取り出して発電するようにしたことを特徴とする小型水力発電機。
3. 前記管路に流入する流水量を調節する流量制御部を設け、
   該流量制御部によって管路に流入する水量を調整することによって、
   前記回転羽根の回転数を制御し、
   前記回転羽根の回転により発生する起電力を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の小型水力発電機。