JP2015113832A

JP2015113832A - 水力発電装置

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Publication number: JP2015113832A
Application number: JP2013273762A
Authority: JP
Inventors: 幹章臼間; Mikiaki Usuma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-22
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: JP5544675B1

Abstract

【課題】竪型水車を中央部に配置し、その両側部各々にハズミ錘を小径のコンパクトな縦型リング軌条でガイドし抵抗を減少させ、縦型リング軌条の円外側でハズミ錘を偏心回転させて、回転速度を高速域に設定して発電効率を格段に高める水力発電装置を提供する。
【解決手段】発電機１に連結する竪型水車２の水平回転駆動軸３に、放射状に等回転角度間隔で設けた支持スライドアームを介して真円の縦型フライホイール１００を装着し、円心を前記水平回転駆動軸の軸心から水平方向に偏位させ前記フライホイールの径より小さい径の真円の一対の縦型のリング軌条を、前記フライホイールの両側面に対面して配置固定し、前記フライホイールの放射状の各支持スライドアームには内側錘部４０１と外側錘部４０２を有するハズミ錘を摺動自在に装着し、前記リング軌条に沿って案内するロールガイド機構を備えた水力発電装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、水力、風力等の自然エネルギーを駆動源にして効率よく発電する簡易で堅牢な水力発電装置に関するものである。

発電装置は、従来公知のものとして大別して風力発電装置、蒸気力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、太陽光発電装置など大掛かりな様々な発電装置が開発されている。
近年、地球温暖化問題が表面化し、二酸化炭素排出規制が声高に叫ばれている。この対策とするクリーンエネルギー技術として、前記の太陽光電池、風力発電等が注目され開発され現在稼動しているが、コスト及びメンテナンス等の問題でなかなか普及していないのが現状である。
そこで最近、水力、風力、波力などの自然エネルギー源を利用して効率よく発電する簡易な発電装置が各種開発されている。
中でも自然エネルギーを駆動源にして回転する回転駆動軸に、地球上の重力を活用した回転モーメント付与機構を付設したものがある。

回転モーメント付与機構は水平状態にした回転駆動軸に付与するもので、円心を回転駆動軸の軸心から水平方向に偏心させた真円の一対の縦型のリング軌条を設置し、縦型リング軌条の間において、回転駆動軸に放射状に接続した複数の旋回シャフトを介して錘を設け、この錘をリング軌条に沿って偏心回転させて、回転駆動軸に回転モーメントを付与するものである。しかしこの装置は、複雑で高額な製造費用を要するものであった。

本発明は、自然エネルギー源として水力で回転する竪型水車を中央部に配置し、竪型水車の両側部各々にフライホイールで支持したハズミ（弾み）錘を小径の縦型のリング軌条によりコンパクトにしてガイド抵抗を減少させるとともに、リング軌条の円外側でハズミ錘の大部分を偏心回転させて、水平回転駆動軸に強い回転モーメントを順次安定して加えて水平回転駆動軸の軸力を増大させ、フライホイールの回転速度を安全有利に高速域に設定して発電効率を格段に高める水力発電装置を提供するものである。

上記課題を満足させる本発明の水力発電装置における主な技術構成は、次の（１）の通りである。

（１）、発電機１に連結すると共に水力で回転する竪型水車２の水平回転駆動軸３に、前記竪型水車２の両側各々に放射状に等回転角度間隔で設けた支持アーム１０１を介して真円の縦型フライホイール１００を平行に装着し、円心を前記水平回転駆動軸３の軸心３ｃから水平方向に偏位させ前記フライホイール１００の径より小さい径の真円の一対の縦型のリング軌条２００−１，２００−２を、前記フライホイール１００の両側面に対面して配置固定し、前記フライホイール１００の放射状の各支持アーム１０１には内側錘部２０１と外側錘部２０２を有するハズミ錘２００を当該支持アーム１０１に沿って摺動自在に装着し、前記ハズミ錘２００には前記リング軌条に２００−１，２００−２走行自在に係合して前記ハズミ錘２００の内側錘部２０１を前記リング軌条２００−１，２００−２の近傍に位置させ外錘部２０２を前記フライホイール１００の円内で且つ前記リング軌条２００−１，２００−２の円外に位置させて案内するロールガイド機構３００を備えたことを特徴とする水力発電装置。

（２）、ハズミ錘２００の内側錘部２０１と外側錘部２０２とは一体的に形成し、或いは連結具を介して分割して形成したことを特徴とする前記（１）に記載の水力発電装置。
（３）、縦型フライホイール１００は、その外周に所定間隔で磁性板ＰＭを装着し、縦型フライホイール１００頂部の近傍に電磁石ＥＭを複数配置して、磁性板ＰＭの位置センサーとの同期連動によりホイール頂部に到来の磁性板ＰＭを、磁力吸引・反発作用を与えることを切り替える制御器ＣＯを設けたことを特徴とする前記（１）に記載の水力発電装置。

本発明の水力発電装置は、自然エネルギー源として水力で回転する竪型水車を中央部に配置し、竪型水車の両側部各々に竪型フライホイールで支持したハズミ（弾み）錘を小径の縦型のリング軌条によりコンパクトにして内側錘部と外側錘部の偏心回転の際のガイド抵抗を減少させ且つ竪型フライホイールの回転速度を安全有利に高速域に設定することが出来るとともに、竪型のリング軌条の円外側でハズミ錘の大部分を偏心回転させて、水平回転駆動軸に強い回転モーメントを順次安定して加えて水平回転駆動軸の軸力を増大させて発電効率を格段に高める。
またハズミ（弾み）錘をロールガイド機構を介して偏心ガイドする縦型のリング軌条は、外側錘部を外側に位置させて内側錘部を内側に位置させてガイドするので半径を縮小したコンパクトで堅牢な構造体にすることが可能になり、以って製造費用も廉価な簡単な堅牢構造にしたものである。

本発明の実施例の全体構成を示す縦断面説明図である。本発明の実施例の要部の縦断面説明図である。図２の矢視Ａ−ＡとＢ−Ｂからの側断面説明図である。図２の矢視Ｃ−ＣとＥ−Ｅから見た側面説明図である。図２の矢視Ｅ−Ｅからの側断面説明図である。

発明を実施するための形態を実施例により詳細に説明する。

本発明の水力発電装置の実施例１を図１〜図５と共に詳細に説明する。
図１〜図５において、本実施例の水力発電装置は、水力で回転する竪型水車２と、前記竪型水車２の水平回転駆動軸３に減速機又は増速機１Ａを介して連結した発電機１と、前記竪型水車２の両側各々において水車２に対して平行に設けた真円の縦型フライホイール１００と、各縦型フライホイール１００の両側に当該縦型フライホイール１００に対して平行に設けた真円の一対の縦型のリング軌条２００−１，２００−２と、縦型フライホイール１００に支持されロールガイド機構３００を介して一対の縦型のリング軌条２００−１，２００−２により水平回転駆動軸３の回転中心に対して偏心回転するハズミ錘４００とからなる。

竪型水車２は、木製、ＳＵＳ等の金属製、合成樹脂製等にして、ハウジングＨ内に設けられ、梁Ｈ１に装着した軸受Ｈ２、Ｈ３で水平回転駆動軸３を回転自在に支持し、ハウジングＨ内に導入した頂部位置の受水管２−１からの用水を溝部２−２に配置の水受羽根２−３に受水して回転する。受水管２−１からから下端部位置の排水管２−４に亘る水路形成カバー２−５により覆って水漏れを防止している。溝部２−２の両端縁と水路形成カバー２−５の両側縁部とは回転自在にシール係合させてある。これで竪型水車２は受水管２−１からの落流給水により円滑に効率よく回転駆動される。水受羽根２−３は先端に低い堰等を設け、更に反回転方向に傾斜させて、下降回転中の保水能力を高めてある。

図１に示すように、ハウジングＨの屋根Ｈ４には、補助電源用の太陽光発電パネルＧＰが配置され、蓄電装置Ｂに充電する。
太陽光発電パネルＧＰは、太陽光があたると原子から「＋」発生して集まり「＋」の電極となる「Ｐ型半導体」と、「−」が集まり「−」の電極となる「Ｎ型半導体」を用い、これらの電極に電線をつないで、電気を取り出すことができる所謂太陽電池等を用いる。
太陽光発電パネルＧＰの太陽電池は、半導体の原料として単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン（ＳｉＧｅ．Ｓｉｃ）、単結晶化合物（ＧａＡｓ系）、多結晶化合物（ＣｂＳ．ＣｄＴｅ．ＣｕＬｎＧａＳｅ２系）等を用いて、積層した多接合型太陽電池、ハウジングＨ内にある程度透過光が確保できるように網目状のセルに薄幕半導体を配置した薄フイルム型太陽電池などを採用する。
その他、一般公知のパネル型の太陽光発電パネルＧＰを採用してもよい。
そして太陽光発電パネルＧＰは、図示していないが電動モータを付設してパネル長軸を中心に東側から西側に９０度転回可能にし、更に、電動モータを操作して太陽光発電パネルＧＰの受光面を太陽の天動に追従転回させる制御装置を設けて、効率よい太陽光の受光発電を可能にしてある。
太陽光発電パネルＧＰの集合端子ＧＰ１には、接続箱ＧＰ２とパワーコンディショナーＧＰ３と一般周知の蓄電装置ＢとハウジングＨ用分電盤を有する売電・賃電電力量計ＧＰ５を接続させてある。
これで余剰電力は売電できる他、ハウジングＨ内又はハウジングＨ外にある他の電気機器への電力供給にも有効活用される。

縦型フライホイール１００は、図１〜図４に示すように、竪型水車２の両側に位置してバランス良く回転作動する。縦型フライホイール１００は、前記水平回転駆動軸３に放射状に等回転角度間隔で設けた支持スライドアーム１０１を介して連結して水平回転駆動軸３の回転により水平回転駆動軸３の軸心を中心に回転する。
また縦型フライホイール１００は、ＳＵＳ製にし、その外周に所定間隔で磁性板ＰＭを装着して、ホイール頂部近傍に電磁石ＥＭを複数配置して、制御器ＣＯにより磁性板ＰＭの位置センサーとの同期連動によりホイール頂部に到来の磁性板ＰＭを、磁力吸引・反発作用を与えることを切り替える。この制御は初期回転駆動時等の回転駆動力補助として稼働制御させる。電磁石ＥＭへの電力は、上記の蓄電装置Ｂから制御器ＣＯを介して給電される。

各ハズミ錘４００は、内側錘部４０１と外側錘部４０２からなり当該縦型フライホイール１００の支持スライドアーム１０１に摺動自在に装着してある。ハズミ錘４００の内側錘部２０１と外側錘部２０２とは連結杆４０３を介して分割して形成してあるが一体的に形成してもよい。支持スライドアーム１０１と各ハズミ錘４００との摺動部の材質は潤滑メタル、プラスチック、硬質シリコン、塩化ビニール等の公知の低摩擦抵抗性の素材で形成したものである。

各ロールガイド機構３００は、内側錘部４０１の両側部に片支持アーム３０１を張り出し設置し、片支持アーム３０１の先端部にガイドロール３０２を回転自在に装着し、ガイドロール３０２を前記リング軌条２００−１，２００−２に走行自在に係合して前記ハズミ錘４００を軌条に沿って案内するものであり、前記ハズミ錘４００の内側錘部４０１を前記リング軌条２００−１，２００−２の近傍に位置させ外錘部４０２を前記フライホイール１００の円内で且つ前記リング軌条２００−１，２００−２の円外に位置させて案内する。外錘部４０２はリング軌条２００−１，２００−２の外側で転動するのでリング軌条２００−１，２００−２をコンパクトにすることができガイドロール３０２との回転抵抗を著しく低減しかつ堅牢化を実現する。

一対の縦型リング軌条２００−１，２００−２は、断面コの字のガイド部２０１を有し、円心２００Ｃを前記水平回転駆動軸３の軸心３Ｃから水平方向に所定量を偏位させ縦型フライホイール１００と平行関係でハウジングの梁Ｈ１に固定支持してある。

前記竪型フライホイール１００は、回転中心１００Ｃ位置を縦型のリング軌条２００−１，２００−２の円心２００Ｃから水平に反回転方向矢印Ｃ側に偏位させた位置とし、この竪型フライホイール１００の回転により、各内・外錘部２０１，２０２は竪型のリング軌条２００−１，２００−２に沿って偏心回転して回転駆動軸３の軸心３Ｃに回転モーメントを順次加えて、竪型フライホイール１００に加わる水力エネルギー効率を高めて、回転駆動軸３に連結した発電機１の発電効率を向上させるのでる。

本発明の水力発電装置は、自然エネルギー源として水力で回転する竪型水車を中央部に配置し、竪型水車の両側部各々に竪型フライホイールで支持したハズミ（弾み）錘を小径の縦型のリング軌条によりコンパクトにして内側錘部と外側錘部の偏心回転の際のガイド抵抗を減少させ且つ竪型フライホイールの回転速度を安全有利に高速域に設定することが出来るとともに、竪型のリング軌条の円外側でハズミ錘の大部分を偏心回転させて、水平回転駆動軸に強い回転モーメントを順次安定して加えて水平回転駆動軸の軸力を増大させて発電効率を格段に高める。
またハズミ（弾み）錘をロールガイド機構を介して偏心ガイドする縦型のリング軌条は、外側錘部を外側に位置させて内側錘部を内側に位置させてガイドするので半径を縮小したコンパクトで堅牢な構造体にすることが可能になり、以って製造費用も廉価な簡単な堅牢構造にしたものである。
このため、自然エネルギー源の水力を利用したクリーンエネルギーとして、メンテナンスフリー発電を手軽に低コストで得る事を実現し、一般家庭は勿論、農業用栽培ハウすへの電力供給や自動車産業や各種電力供給産業に広く普及し業界に広く活用される水力発電装置である。

Ｈ：ハウジングＢ：蓄電装置１００：縦型フライホイール
Ｈ１：梁ＣＯ：制御器１０１：支持スライドアーム
Ｈ２、Ｈ３：軸受Ｃ：回転方向矢印２００−１：縦型リング軌条
Ｈ４：屋根１：発電機２００−２：縦型リング軌条
ＧＰ：太陽光発電パネル２：縦型水車２００Ｃ：円心
ＧＰ１：集合端子２−１：受水管４００：ハズミ錘
ＧＰ２：接続箱２−３：溝部４０１：内側錘部
ＧＰ３：パワーコンディショ２−２：水受羽根４０２：外側錘部
ナー２−４：排水管４０３：連結杆
ＧＰ５：売電・賃電電力量計２−５：水路形成カバー３００：ロールガイド機構
ＰＭ：磁性板３：水平回転駆動軸３０１：片支持アーム
ＥＭ：電磁石３Ｃ：軸心３０２：ガイドロール

Claims

発電機（１）に連結すると共に水力で回転する竪型水車（２）の水平回転駆動軸（３）に、前記竪型水車（２）の両側各々において、放射状に等回転角度間隔で設けた支持アーム（１０１）を介して真円の縦型フライホイール（１００）を平行に装着し、円心を前記水平回転駆動軸（３）の軸心（３ｃ）から水平方向に偏位させ前記縦型フライホイール（１００）の径より小さい径の真円の一対の縦型のリング軌条（２００−１，２００−２）を、前記フライホイール（１００）の両側面に対面して配置固定し、前記フライホイール（１００）の放射状の各支持スライドアーム（１０１）には内側錘部（４０１）と外側錘部（４０２）を有するハズミ錘（４００）を当該支持スライドアーム（１０１）に沿って摺動自在に装着し、前記ハズミ錘（４００）には前記リング軌条（２００−１，２００−２）に走行自在に係合して前記ハズミ錘（４００）の内側錘部（４０１）を前記リング軌条（２００−１，２００−２）近傍に位置させ外錘部（４０２）を前記フライホイール（１００）の円内で且つ前記リング軌条（２００−１，２００−２）の円外に位置させて案内するロールガイド機構（３００）を備えたことを特徴とする水力発電装置。
ハズミ錘（４００）の内側錘部（４０１）と外側錘部（４０２）とは一体的に形成し、或いは連結具（４０３）を介して分割して形成したことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
縦型フライホイール（１００）は、その外周に所定間隔で磁性板ＰＭを装着し、縦型フライホイール（１００）頂部の近傍に電磁石ＥＭを複数配置して、磁性板（ＰＭ）の位置センサーとの同期連動によりホイール頂部に到来の磁性板（ＰＭ）を、磁力吸引・反発作用を与えることを切り替える制御器（ＣＯ）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。