JP2016200029A - 水循環式水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 円環形流路内で動作体を循環させ、この動作体で水流を起こして発電するタイプの水循環式水力発電装置において、動作体による作用で水車を回転させるのに止まらず、水車の羽根に、より大きな回転力を加えて発電率をアップできるようにする。
【解決手段】 水車２の羽根２ａと羽根２ａの間の空間部に、水車２の主軸２ｂの延びる方向に沿って棒状部材１４を設ける。この棒状部材１４に突き当たって水車２の回転力を高めるトルク補強部材１６を、流路１内に配置する伝達部材４ｂの箇所７ｃに、起立状に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水循環式水力発電装置に関し、更に詳しくは円環形流路内に水流を起こして発電するタイプの水循環式水力発電装置に関するものである。

従来この種の装置としては、本出願人の提案に係る、例えば特許文献１に記載されているものがある。この従来装置は、水平状に配置した円環形の流路内で動作体を循環させ、この動作体で水圧を高めて水車を回転させ、この水車に連結している発電機で発電するよう構成されている。

而して、この従来装置は、上記の通り、流路内を循環する動作体で水を押し流し、水圧を高めて水車の羽根を回す構造であった。
従って、この従来装置の場合は、水車の原動力が動作体に限られた。そのため、動作体の形状等を改良しても発電力に限界があり、発電効率が悪い、という問題点があった。

特開２０１４−９６５９号公報

本発明は、このような従来装置の問題点に鑑み、提案されたものである。
従って本発明の解決しようとする技術的課題は、円環形流路内で動作体を循環させ、この動作体で水流を起こして発電するタイプの水循環式水力発電装置において、動作体による作用で水車を回転させるのに止まらず、水車の羽根に、より大きな回転力を加えて発電率をアップできるよう形成した水循環式水力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、次のような技術的手段を採る。
即ち本発明は、図１等に示されるように、水が循環する水平状の円環形流路１と、この流路１内に収納されて流路１内を流れる水のエネルギーで羽根２ａが回転する水車２と、この水車２の羽根２ａに水圧を加えるため流路１内を循環する動作体３と、この動作体３を流路１の外側から操作して循環させる動作装置４と、また上記の水車２の主軸２ｂに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機５とを備え、上記の水車２が主軸２ｂを水平にして流路１の周方向に等間隔をあけて複数設けられ、上記の動作体３を通過させる箇所６が水車２の各羽根２ａに切り欠き状に形成され、また上記の動作装置４が、円環形流路１の中心に回転軸４ａ１を垂直にして設けられているモータ４ａと、このモータ４ａの回転運動を各動作体３に伝達するため回転軸４ａ１から動作体３に向かって放射状に配置されている伝達部材４ｂとで形成され、この伝達部材４ｂの流路１内に配置される箇所７ｃに上記の動作体３が設けられている水循環式水力発電装置であって、上記の水車２の羽根２ａと羽根２ａの間の空間部に、水車２の主軸２ｂの延びる方向に沿って棒状部材１４が設けられ、この棒状部材１４に突き当たって水車２の回転力を高めるトルク補強部材１６が、流路１内に配置される伝達部材４ｂの箇所７ｃに、起立状に設けられていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の場合、流路１の上面は、開放状でも、閉鎖状でも良い。また流路１の断面形状は、通常、長方形等の矩形に形成されるのが好ましいが、これには限られない。また、水車２の主軸２ｂは、水流が羽根２ａに真っ向から当たるよう、流路１の直径線上に配置されているのが好ましい。また、動作体３を通過させる箇所６は、動作体３の正面形状に合わされ、動作体３の正面形状より幾分大きい状態に切り欠かれているのが好ましい。なぜなら、これによると、動作体３と、通過箇所６との間にできる隙間から流れ出る水の量を抑えることができ、その分、水車２の羽根２ａに、より大きな水圧を加えることができるからである。なお、本発明の場合、水には不凍液も含まれる。

而して、本発明は、トルク補強部材１６が金属線状材で形成され、この金属線状材の下部に、棒状部材１４に突き当たったときの衝撃を吸収する巻回部１６ａが形成されているのが好ましい（請求項２）。

なぜならこれによると、トルク補強部材１６を、例えば径の太い針金等で、簡単且つ低コストで形成できるからである。また、この場合は、トルク補強部材１６が棒状部材１４に当たって水車２に回転力を加えたときに生じる衝撃を、巻回部１６ａによって緩和できるからである。金属線状材の太さ、堅さ、断面形状等は適宜選定されるので良い。

また、本発明の場合、棒状部材１４は、コイルバネで形成されているのが好ましい（請求項３）。
なぜならこれによると、トルク補強部材１６の巻回部１６ａと協働して、トルク補強部材１６が棒状部材１４に当たったときの衝撃を緩和できるからである。

本発明は、このように円環形流路内で動作体を循環させ、この動作体で水流を起こして水車を回し発電機で発電する装置において、上記の水車の羽根と羽根の間の空間部に、水車の主軸に沿って延びるよう棒状部材を設け、この棒状部材に突き当たって水車の回転力を高めるトルク補強部材を、流路内に配置される伝達部材の箇所に、起立状に設けているものである。

従って、本発明の場合は、動作体だけではなく、トルク補強部材によっても水車に回転力を加えることができる。
それ故、これによれば、動作体だけで水車を回転させる従来装置に比べ、発電率を上げることができる。

本発明の装置の好適な一実施形態を示し、Ａは斜視図、Ｂは要部正面図、ＣはＢのＣ−Ｃ線断面図である。 同上装置の平面図である。 同上装置の側面図である。 同上装置の要部斜視図である。 同上装置の要部側面図である。 同上装置の要部断面図である。 同上装置の一部を省略した要部斜視図である。 同上装置の使用例を説明するための構成図である。 同上装置の動作を説明するためのフローチャートである。 同上装置の他の実施形態を示す一部を省略した要部斜視図である。 Ａは図１０の実施形態の要部正面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明は、図１等に示されるように、水が循環する水平状の円環形流路１と、この流路１内に収納されて流路１内を流れる水のエネルギーで羽根２ａが回転する水車２と、この水車２の羽根２ａに水圧を加えるため流路１内を循環する動作体３と、この動作体３を流路１の外側から操作して循環させる動作装置４と、また上記の水車２の主軸２ｂに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機５とを備えて形成されている。

上記の円環形流路１は、この実施形態では断面長方形の閉鎖空間状に形成されている。また上記の水車２は、主軸２ｂを水平にして流路１の周方向に等間隔をあけて、この実施形態では平面から見て９０度置きに、計４個設けられている。水車２の主軸２ｂは、水流が羽根２ａに真っ向から当たるよう、流路１の直径線上に配置されている。羽根２ａは、主軸２ｂの周りに、１２０度づつあけて計３枚設けられている。

上記の動作体３は、図１Ｂ等に示されるように、ほぼ三角形（台形）の起立板状に形成されている。動作体３は、裏側（進行方向の逆側）が支持板３ａで支持され、常に垂直の起立姿勢を維持できるよう堅固に形成されている。

また、図４、図６に示されるように、動作体３を通過させる箇所６は、水車２の各羽根２ａに切り欠き状に形成されている。この動作体３を通過させる箇所６は、動作体３の正面形状に合わされ、動作体３の正面形状より幾分大きい状態に形成されている。

また上記の動作装置４は、図１等に示されるように、円環形流路１の中心に回転軸４ａ１を垂直にして設けられているモータ４ａと、このモータ４ａの回転運動を各動作体３に伝達するため回転軸４ａ１から動作体３に向かって放射状に配置されている伝達部材４ｂとで形成されている。この伝達部材４ｂは、この実施形態では軽量化できるよう、また材料を節減化できるよう、平面視で十字状に形成されている。

上記の伝達部材４ｂは、具体的には回転軸４ａ１を中心に周方向に等間隔をあけて配置されている複数の腕片７で形成されている。この腕片７は、回転軸４ａ１から外側に延ばされている水平部７ａと、この水平部７ａの先端から垂直に立ち下げられている垂直部７ｂと、この垂直部７ｂの下端から外側に水平に短く延ばされている突き出し部７ｃとでクランク形に形成されている。伝達部材４ｂの流路１内に配置される箇所としての突き出し部７ｃに、上記の動作体３が設けられている。

上記の垂直部７ｂは、図６に示されるように、流路１の内側壁１ａの内面に沿って流路１内に配置され、突き出し部７ｃが流路１の底面１ｂに近接して配置されていると共に、この突き出し部７ｃの上に、上記の動作体３が設けられている。この実施形態の場合、動作体３と水車２は、流路１の中心から９０度置きに配置されている。従って、本発明装置は、動作体３が水車２に水流を間断なくバランス良く、作用させることができる。

また本発明は、図２、図３に示されるように、流路１内の隣り合う水車２と水車２の間に、水を水車２の主軸２ｂより下側の位置に導く整水板８が上下一対状に設けられている。この整水板８は、この実施形態では流路１の外側壁１ｃに固定され、動作体３の循環方向に向かって徐々に下向きに傾斜するよう下り勾配がつけられ、下端８ａ（先端）側が水車２に近接して配置されている。

９（図１等参照）は、給水タンクである。この実施形態の本発明は、流路１内の水が蒸発して減少したときは、センサ（図示せず）からの信号を受けて、流路１内に給水タンク９から自動的に給水され、水量が一定になるよう形成されている。

またこの実施形態では、流路１内にヒータ１０が設けられ、水の凍結を防止できるよう形成されている。このヒータ１０は、この実施形態では流路１の中心周りに９０度づつあけられて所定位置に、計４個設けられている。

また上記の発電機５は、この実施形態では発電した電気エネルギーを蓄電できるよう、蓄電池１１（図８参照）と電気的に接続されている。

図８において、１２は、例えば照明機器、家庭用電熱用品類、暖冷房装置、風水力機械器具、電気自動車などの電気機器である。また、１３は、発電機５で発電した電気の流れをコントロールする制御部である。

制御部１３は、マイコンや変圧器、信号の入出力器等を備えて形成されている。本発明装置の発電機５やモータ４ａは、この制御部１３に、蓄電池１１や電気機器１２と共に、電気的に接続されている。

また本発明は、図１Ａ、図４、図５等に示されるように、上記の水車２の羽根２ａと羽根２ａの間の空間部に、水車２の主軸２ｂの延びる方向に沿って棒状部材１４が設けられている。この棒状部材１４は、この実施形態ではコイルバネで形成されている。

棒状部材１４としてのコイルバネは、水車２の主軸２ｂの先端部と基端部に対向状に設けられている円板１５に架け渡されている。そして、棒状部材１４は、この実施形態では、３枚の羽根２ａの間に、計３個設けられている。

また本発明は、図１Ｂ、Ｃ、図４〜図７等に示されるように、上記の棒状部材１４に突き当たって水車２の回転力を高めるトルク補強部材１６が、流路１内に配置されている。このトルク補強部材１６は、流路１内に配置される伝達部材４ｂの箇所７ｃに、起立状に設けられている。
具体的には、動作体３の後側に、動作体３より高く起立状に設けられている。

上記のトルク補強部材１６は、この実施形態では金属線状材で形成されている。具体的には、径の太い針金で形成されている。この金属線状材としての針金の下部は、巻回され、棒状部材１４に突き当たったときの衝撃を吸収する巻回部１６ａに形成されている。

従って、この実施形態の本発明の場合は、トルク補強部材１６が、棒状部材１４に当たると、コイルバネの弾性により衝撃が弱められ、また巻回部１６ａの収縮、復元作用により、衝突時の衝撃を更に緩和できる。

次に本発明装置の作用を説明する。
先ず、動作装置４のモータ４ａが駆動すると、伝達部材４ｂと共に動作体３が水平状態で流路１内を周方向に移動し、循環する。そのため本発明の場合は、この動作体３によって流路１内の水が押し流され、水圧が高められて、この水で水車２の羽根２ａが回される。

この場合、動作体３は、流路１内に複数収納されているから、各動作体３が流路１内を循環しながら、各水車２に順次水圧を加えて行く。その結果、水車２が大きな力で回転し、水車２に連結されている発電機５が水の圧力エネルギーを電気エネルギーに変換する。

而して、本発明の装置には、通常、蓄電池１１が接続されているから、発電機５で発電された電気は、図９に示されるように、蓄電池１１に充電される。そして、例えば充電量が１００％の状態で電気機器１２のスイッチが入ると、制御部１３からの信号を受けて放電され、電気機器１２に給電される。

またこの実施形態では、蓄電池１１の残量が３０％になるまで放電され（図９参照）、残量が３０％に至ると、制御部１３からモータ４ａに駆動信号が送られ、モータ４ａが駆動する。その結果、動作体３が循環し、水車２が回転して発電機５が発電する。そして、発電した電気は、蓄電池１１に充電される。
このような発電と充電の作用は、制御部１３のマイコンに組み込まれたプログラムによって自動的に且つサイクル的に行われる。

なお、本発明の装置は、例えば上水の水道管の途中に組み込まれ、水道水を流路１に供給可能に形成されているのでも良い。この場合は、水の入れ替えを省略でき、また水道水の水圧を動作体３の循環動作に利用できるから、一層、効率良く発電できる。

また本発明装置の設置場所としては、例えば軒下や庭先、或いは電気需要の隣接地などがある。また本発明装置は、例えば電気自動車の電源用として、電気自動車に搭載して利用することもできる。この場合は、駐車してエンジンキーを抜いた時点で自動的に発電、充電するよう制御部１３にプログラムが設定されているのが良い。これによれば、既存の充電設備スタンドの代替装置としての利用が可能になる。

以上の処において、本発明は、図１０、図１１に示されるように、トルク補強部材１６が、流路１内に配置される伝達部材４ｂの箇所７ｃに、前後に並べられて起立状に設けられているのでも良い。上例と同一箇所には同一の番号を付し、詳しい説明は省略する。

この場合は、前側のトルク補強部材１６が棒状部材１４に先に当たり、引き続いて後側のトルク補強部材１６が棒状部材１４に当たって水車２の羽根２ａに順次回転力を加える。
従って、これによれば、回転力をより一層高めることができる。またこれによると、前後のトルク補強部材１６の衝突音が互いに干渉して弱め合う、という効果を期待できる。

また、本発明の場合、上記のトルク補強部材１６と棒状部材１４の形状や材質等は、任意であり、上例に限定されるものではない。

１ 流路
２ 水車
２ａ 羽根
２ｂ 主軸
３ 動作体
４ 動作装置
４ａ モータ
４ａ１ 回転軸
４ｂ 伝達部材
５ 発電機
６ 動作体を通過させる箇所
７ｃ 伝達部材の流路内に配置される箇所
１４ 棒状部材
１６ トルク補強部材

Claims (3)

1. 水が循環する水平状の円環形流路と、この流路内に収納されて流路内を流れる水のエネルギーで羽根が回転する水車と、この水車の羽根に水圧を加えるため流路内を循環する動作体と、この動作体を流路の外側から操作して循環させる動作装置と、また上記の水車の主軸に接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備え、上記の水車が主軸を水平にして流路の周方向に等間隔をあけて複数設けられ、上記の動作体を通過させる箇所が水車の各羽根に切り欠き状に形成され、また上記の動作装置が、円環形流路の中心に回転軸を垂直にして設けられているモータと、このモータの回転運動を各動作体に伝達するため回転軸から動作体に向かって放射状に配置されている伝達部材とで形成され、この伝達部材の流路内に配置される箇所に上記の動作体が設けられている水循環式水力発電装置であって、上記の水車の羽根と羽根の間の空間部に、水車の主軸の延びる方向に沿って棒状部材が設けられ、この棒状部材に突き当たって水車の回転力を高めるトルク補強部材が、流路内に配置される伝達部材の箇所に、起立状に設けられていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
2. 請求項１記載の水循環式水力発電装置であって、トルク補強部材が金属線状材で形成され、この金属線状材の下部に、棒状部材に突き当たったときの衝撃を吸収する巻回部が形成されていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
3. 請求項１又は２記載の水循環式水力発電装置であって、棒状部材が、コイルバネであることを特徴とする水循環式水力発電装置。

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