JP2016169724A - 水力発電装置 - Google Patents

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彦徳 氣田
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Abstract

【課題】高低差の少ない小規模河川や水路等、更に強靭化、大型化すれば波力発電にも転用できる水力発電機を提供する。
【解決手段】浮力体に、湾曲する翼で構成される高効率の水車を取り付ける事により、作動流体の力を無駄なくギァーボックスを介して発電機に伝え、発電を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は水力発電装置に関するものであり、小規模河川、水路、或いは波が発生する場所に於いて使用する発電装置に関するものである。
特に、波による発電は数十年前より波浪発電と言う名称は聞かされているが、具体的な方法及び装置の形状も明示されておらず、効率的な形状の水車の存在とその運用方法が不可欠である。
ダム等に於ける高落差式発電を除けば、小規模河川及び一般水路の発電への利用は極めて少なく、低落差でも発電可能な効率的な発電装置を供する必要がある。
特開２０１２−１３２３８６号公報 特開２０１４−９８３７９号公報
従来の浮力体に取り付ける様式の発電装置には、次のような問題点がある。
＜１＞ スクリュー状或いはプロペラ状の水車では、作動流体の力を効率的に利用できず、例えば水路等に設置した場合、増水時に溢水をもたらす恐れがある。
＜２＞ 河川及び水路等に設置する場合、ある程度以上の幅、水深を必要とする形態なので、小型化は難しい。
上記課題を解決ために本発明に於いては作動流体に浮かべる浮力体は、流体の抵抗を軽減させるため、その上流部先端を尖状とし、更にその開口面積は全幅に対し最大限とする形状とし、その下部中央流体内に流体と平行に水車を取り付け、その運動エネルギーを浮力体に設置した発電機に伝え電力を得るように構成され、浮力体の中央下部に取り付ける水車は、回転軸と翼によって構成され、回転軸は円筒状、又は６角以上の多面柱状であり、翼は回転軸の断面上から見れば周上に複数枚以上取り付け、回転軸の取り付け方向に対して４５度前後の角度を保ち、作動流体の力を受ける上流側の面を内面とする形で湾曲し、回転軸が回転する方向に対しては翼の先端は逆向きとなる水車を有し水車の側面及び下部に取り付ける外側集水板は、開口部を設け作動流体を導く構造となっており、作動流体の流量、流速が不足する場合、より効率的に作動流体のエネルギーを水車に集束させ、更に翼の防護板としての役割も持つ外側集水板を有する事を特徴とする。
本発明の発電装置は、以上の説明から次のような効果を得るものである。
＜１＞ 作動流体が存在すれば、幅５０センチメートル位の場所でも設置でき、流体の速度によっては発電が可能となる。
＜２＞ 浮力体及び水車取付け部の上流部は、作動流体の抵抗を受け難い尖状であるため係留する設備を簡便な物と出来る。
＜３＞ 水車の翼を湾曲させる事により、翼の面積を減少させる事無く回転軸の中心からの距離を小さく出来るので、回転速度が上がり、起動性及び発電効率も向上する。
＜４＞ 浮力体、及び水車の形状更に浮力体に取り付ける水車の位置からも明らかな様に、小型化が容易である。
本発電装置の斜視図である。 外側集水板を取り外した時の左側面図である。 外側集水板を取り外した時の底面図である。 外側集水板を取り付けた時の正面図である。 外側集水板の右前方側面よりの斜視図である。 水車の翼と回転軸の、後方よりの拡大図である。
本発電装置を作動流体に浮かべるための浮力体は、その浮力を得るために適した物性を持つ素材、例えば硬化発泡樹脂や木、また浮力を得る構造体即ち中空体を製作し易い材料、例えば金属やプラスチックあるいはＦＲＰ等、或はそれらを組み合わせる事によって構成される。
作動流体に浮かべるための浮力体は、流体の抵抗を軽減させるため、符号１の左側浮力体符号２の右側浮力体、符号６の前部軸受尖状体はその上流部先端を尖状とし、更にその開口面積は全幅に対し最大限とする形状とするため、左右側浮力体は片刃の尖状である。
符号３の中央浮力体にはその前後部に、符号４，５の軸受を取り付け符号１０で示される水車を流体と平行になる様に前後部の軸受に取り付け、水車によって得られた運動エネルギーを中央浮力体後部に設置した符号７ギアボックスを介し符号８の発電機に伝え電力を得るように構成され、それらの軸受及び発電機は完全な防水処理が成されている物である
浮力体の中央下部に取り付ける図６符号１０の水車は、回転軸と翼によって構成され、回転軸は円筒状、又は６角以上の多面柱状であり、翼は回転軸の断面上から見れば周上に複数枚以上取り付け、回転軸の取り付け方向に対して４５度前後の角度を保ち、作動流体の力を受ける上流側の面を内面とする形で湾曲し、回転軸が回転する方向に対しては翼の先端は逆向きとなり、その形状の翼を作り易い材料例えば金属、プラスチック等を用いる。
水車の側面及び下部を囲む様に取り付ける図５符号１０の外側集水板は、片開きの開口部を複数以上もち上流部に向かって外側に開いて作動流体を導く構造となっており、その開口角度は凡そ３０度を目安とし、その角度は作動流体の流量、流速により決定される。
図５符号１０の外側集水板は作動流体の流量や流速が不足する場合、より効率的に作動流体のエネルギーを水車に集束させる事は当然であるが、翼の防護板としての役割をも担い更に符号８の発電機により発電装置全体の重心が高くなる場合には、ウエイトとしての役割も兼ねる。
本発電装置は作動流体への抵抗が減じられているので、発電装置の大きさにもよるが、大規模な河川改修や河川工事などを必要とせずに、通常使用が可能である。
本発電装置は図１、図２、図３、図４符号１、２，３の浮力体前部尖状部付近に配されたピンと結束される強靭な材料、例えば繊維質のロープやワイヤーロープ等によって係留され、増水更に洪水が予測される事態に於いては速やかに回収可能な係留方法を用いる。
１；左側浮力体
２；右側浮力体
３；中央浮力体
４；前部軸受
５；後部軸受
６；前部軸受尖状体
７；ギアボックス
８；発電機
９；外側集水板
１０；水車

Claims (3)

  1. 作動流体に浮かべる浮力体は、流体の抵抗を軽減させるため、その上流部先端を尖状とし、更にその開口面積は全幅に対し最大限とする形状とし、その下部中央流体内に流体と平行に水車を取り付け、その運動エネルギーを浮力体に設置した発電機に伝え電力を得るように構成された 水力発電装置。
  2. 浮力体の中央下部に取り付ける水車は、回転軸と翼によって構成され、回転軸は円筒状、又は６角以上の多面柱状であり、翼は回転軸の断面上から見れば周上に複数枚以上取り付け、回転軸の取り付け方向に対して４５度前後の角度を保ち、作動流体の力を受ける上流側の面を内面とする形で湾曲し、回転軸が回転する方向に対しては翼の先端は逆向きとなる水車を有する水力発電装置。
  3. 水車の側面及び下部を取り付ける外側集水板は、開口部を設け作動流体を導く構造となっており、作動流体の流量、流速が不足する場合、より効率的に作動流体のエネルギーを請求項２に記載した水車に集束させ、更に翼の防護板としての役割も持つ外側集水板を有する水力発電装置。
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