JP3158191U - パイプ発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流水路を流れる流水の水力による発電をより効率良く行うことができ、そして、初期電力の使用により流速の加速を可能とし、加えて環境の浄化作用を実現した発電装置を提供する。【解決手段】流体を導入して通過させるパイプ１と、パイプ１内に導入された流体によって回転する回転羽２と、回転羽２の回転動力によって発電する発電機３を備えた発電装置であって、連続したパイプ１内の上流側から下流側にかけて間隔をおいて複数箇所に回転羽２及び発電機３を配置した。【選択図】図１

Description

本考案はパイプ発電装置に関し、特に、流水路を流れる流水の水力による発電をより効率良く行うことができ、加えて環境の浄化作用を実現したパイプ発電装置に関する。

従来、水力を利用した発電装置は、大量の水を貯留するダムを建設し、そのダムから水を流下させてタービンを廻す水力発電装置がその主流をなしているが、これらは大きな設備費用を要すると共に、建設地域が限られるという問題がある。また、火力による発電においても設備費用、大気汚染等の問題がある。そこで、水道管、灌漑用水路、工場の給水・排水管等の流水路を流れる流水の水力を利用した小規模な発電装置として特許文献１記載の技術が知られている。
特開２００１−２９５７４８号公報

特許文献１記載の技術は、屋内の水道管内に固定羽と回転ロータとからなるタービンを構成し、水道管を流れる水道水を固定羽で案内して回転ロータに当てることで同回転ロータを回転させ、発電機を稼働させる構成となっている。
しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、水道水は固定羽で整流されるものの、回転ロータの構成が不明で、回転軸が効率良く回るようになっていない。このため発電効率が低いと考えられる。又、水道水には異物の混入を防止する旨不可能と考える。
本考案は係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、流水路を流れる流水の水力による発電をより効率良く行うことができ、そして、初期電力の使用により流速の加速を可能とし、加えて環境の浄化作用を実現した発電装置を提供することにある。

前記目的を達成するための手段として請求項１記載のパイプ発電装置では、流体を導入して通過させる通過路と、通過路内に導入された流体によって回転する回転羽と、回転羽の回転動力によって発電する発電機を備えた発電装置であって、連続した通過路内の上流側から下流側にかけて間隔をおいて複数カ所に回転羽及び発電機を配置したことを特徴とする。

請求項２記載のパイプ発電装置では、請求項１記載の発電装置において、前記発電機にオゾン生成器を接続し、発電機によって得られた電力によりオゾンを生成し、そのオゾンを通過路を流れてきた水に混入し、通過路内の上流側から下流側にかけて間隔をおいて複数カ所に水の放出口を形成したことを特徴とする。

請求項３記載のパイプ発電装置では、請求項２記載のパイプ発電装置において、前記流体として水流を使用し、遠赤外線放射物質に接触させた水にオゾンを混入する構成とした。

請求項４記載のパイプ発電装置では、請求項１記載のパイプ発電装置において、前記流体として水流または気流を使用することを特徴とする。

請求項５記載のパイプ発電装置では、請求項１〜４いずれか記載のパイプ発電装置において、通過路として一連のパイプを使用することを特徴とする。

請求項６記載のパイプ発電装置では、請求項１〜５いずれか記載のパイプ発電装置において、通過路の外側に回転羽に対する外部動力の入力軸が突設されており、通過路を流れる流体の流速が低下した場合に、前記回転羽の入力軸に外部動力を接続して流体の流速を回復する構成とした。

請求項７記載のパイプ発電装置では、請求項１〜６いずれか記載の発電装置において、通過路には上流から下流にかけて複数の流体の導入口が設定されていることを特徴とする。

上記構成を採用することにより本考案では以下の効果を有する。
請求項１記載のパイプ発電装置では、パイプ等の通過路に水流または気流を導入して発電する構成としたので少量の水流、気流を利用して発電が可能となる。
また、流体を導入して通過させる通過路と、通過路内に導入された流体によって回転する回転羽と、回転羽の回転動力によって発電する発電機を備えているので、一般的河川等への取付けが可能である。
そして、連続した通過路内の上流側から下流側にかけて間隔をおいて複数カ所に回転羽及び発電機を配置したので、複数の発電機によって効率的に発電が行われる。

請求項２記載のパイプ発電装置では、発電機によって得られた電力によりオゾンを生成し、そのオゾンを流体に混入してパイプ外に排出する構成としたので、水の臭気の除去、有害物質の分解効果が得られ、オゾンによる環境の浄化作用が得られる。又、気流については空気中の雑菌及びウイルス等の除去効果が得られる。

請求項３記載のパイプ発電装置では、遠赤外線放射物質であるセラミック等の効果により水分子が活性化されてクラスターが細かくされ、さらにオゾン発生装置により生成したオゾンがクラスターの小さい水に混入してマイクロバブルのオゾン水が生成される。

請求項４記載のパイプ発電装置では、流体として水流または気流を使用する構成としたので、河川の水、灌漑用水等に加えて、給気・排気機構、大気の風等を有効利用できる。

請求項５記載のパイプ発電装置では、通過路として一連のパイプを使用するので、装置の簡易化、設備費用の低減化が図られる。

請求項６記載のパイプ発電装置では、通過路の外側に回転羽に対する外部動力の入力軸が突設されており、通過路を流れる流体の流速が低下した場合に、前記回転羽の入力軸に外部動力を接続して流体の流速を回復する構成としたので、長い通過路上に水流または気流の滞留が生じた場合でも、流速を適切に維持して装置全体を正常に稼働できる。

請求項７記載のパイプ発電装置では、通過路には上流から下流にかけて複数の流体の導入口が設定されているので、導入口から適宜流体を補充することにより装置全体を効率的に稼働できる。

以下、図面に基づいて本考案を実現する最良の形態を説明する。

第１実施例に係るパイプ発電装置を説明する。
本考案の発電装置Ａは図１〜２に示すように、河川等の水を導入して水を通過させるパイプ１と、パイプ１内を流れる水に接触して回転する回転羽２と、回転羽２の回転動力によって発電する発電機３と、発電した電力を利用してオゾンを発生させるオゾン生成器４を備えている。
本実施例では、連続したパイプ１の上流側から下流側にかけて１０ｍ前後の間隔を開けてそれぞれ回転羽２、発電機３、オゾン生成器４が設けられ、それぞれの回転羽の回転により発電された電気の一部はオゾン生成器に利用され、他は商用電力等として利用される構成となっている。

パイプ１は上流の導入口から導入した水が内部を流れる通過路を構成するものであり、直径２００ｍｍ、全長は数十ｍ〜数百ｍの塩化ビニール樹脂から構成されている。このパイプ径、パイプ長については設置場所等に応じて適宜設定され、パイプの素材としてはコンクリート、石材、鉄材等も使用される。

回転羽２はパイプ内に挿通された回転軸の回りに所定間隔を置いて取り付けられており、パイプ内を流れる水に接触して水の流れを回転軸５に伝達する。
回転羽２の形状は、図１のように回転軸５の回りに板状の羽根が水流に向かって鋭角に傾斜した羽根の他、図３（ａ）に示すように水流を受ける面が湾曲した形状、あるいは、図３（ｂ）に示すように大径の回転軸５の回りに多数の羽根を取り付けたもの等、その他公知の形状が採用される。

回転軸５はパイプ内に縦方向に挿通されており、回転軸の上下端５ａ、５ｂはパイプ１を貫通して外側に突設されて、パイプの貫通部分にはワッシャ６、ナット７が配置され、パイプ１内で回転羽２と一体回転する構成となっている。回転軸５の上側には発電機３及びオゾン生成器４が接続され、回転軸５の下側には回転軸の孔から進入した水がパイプ外に排出される放出口８が形成されている。
また、回転軸の下端軸５ｂは回転羽２に対する外部動力の入力軸としても機能し、通過路を流れる流体の流速が低下した場合に、前記回転羽２の入力軸に外部動力を接続し回転羽を回転させ流体の流速を回復する構成としている。

回転軸５の中央部は円筒状に形成されて、内部に遠赤外線を放射する機能を有する多数の粒状セラミック又は鉱石が充填され、表面には回転軸５の長さ方向に沿って所定間隔で孔９が形成されている。パイプ１を流れてきた水は回転軸５の孔から内部に進入してセラミック、鉱石と接触した後に一部は再びパイプ１内へ流れ、一部は放出口８から排出され、さらに一部は後述するオゾン生成器４へ流れ込む。

発電機３は、回転軸から伝達される回転動力を受けて回転される磁石（ロータ部）と、このロータ部の磁石と対向して配されるコイルを有するステータ部とを備えている。
ロータ部の磁石はその回転方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されており、一方ステータ部のコイルは磁石の回転方向に複数個が配置され、磁石との間で磁気回路を構成している。
そして磁石が高速回転されると、磁石とコイルとの間の磁気作用によってコイルに起電圧が生じて発電が行なわれるものである。

オゾン生成器４は電気的作用によりオゾンを生成する装置であり、発電機に隣接して設けられている。オゾン生成器の構造は、一例として、２枚の金属電極間に１枚以上の固体誘電体を挿入し、電極間に交流の高電圧を印加することにより、１枚の電極と誘電体間の間（ギャップ：１〜２mm）で発生する無声放電を用い、原料ガス中の酸素分子を解離させ、生成した酸素原子と酸素分子を反応させてオゾンを生成する。
また、紫外線ランプから大気中に紫外線を放射するものが在る。すなわち、１３０ｎｍ〜２４２ｎｍ程度の波長の紫外線は、大気中の酸素分子を酸素原子に解離する作用があり、その酸素原子が、大気中の酸素分子、並びに他の酸素分子や窒素分子等の第三体分子との間で三体衝突を起こすことでオゾンを生成する、その他、公知のオゾン生成器が使用される。
尚、発電機３の個々の発電量は小さいが２４時間稼働するため、長期の稼働により大量のオゾンが生成される。

パイプの上側に突設された上端軸５ａには図示しない水の流路が形成されており、この流路を通って回転軸５に進入した水の一部がその水の勢いに従って発電機方向へ上昇する。水の勢いが十分でない場合には、必要に応じ回転軸５または上端軸５ａに螺旋状の回転板を設置して回転を利用してオゾン生成器へ水を上昇させる。
オゾン生成器４では発電機３から電気の供給を受けてオゾンを生成し、この生成したオゾンと水を接触させてオゾン水を生成し、オゾンが混入された水が再び上端軸５ａの別の流路を通過してパイプ１内に戻る。パイプ１内に戻った後は下流へ流れ、放出口８から一部が放出されながら、最終的に下流出口から排出される。

ここで、水は単一分子では存在せず、水素結合により多数の分子からなるクラスター（分子集団）を形成する。この水のクラスターは存在場所の諸条件によってその大きさが異なる。例えば、天然湧水は水素分子同士の大きな集団が壊れ、水の分子が特定のイオンを取り囲んで、水だけの場合と比較してより小さなクラスターを形成していると考えられている。クラスターが平均的に小さい水は人間に対して生理学的および医学的に有用であるほか、余分な酸素を含まないため自然界にあっては微生物の繁殖を抑制して良好な環境を保全する。
従来、このように平均的にクラスターの小さい有用な水は、例えば、（１）超音波を照射して水を振動させることにより水素結合を切断する、（２）セラミックプレートを水に浸漬し、あるいはセラミックフィルターで水を濾過することにより、セラミックスが放射する遠赤外線を水に作用させる、あるいは、（３）電気分解型の浄水器のように水に電場ないし磁場を与えるなどの方法で生成されていた。

本実施例では、回転軸に配置したセラミック等の効果により水分子が活性化されてクラスターが細かくされ、さらにオゾン発生装置４により生成したオゾンがクラスターの小さい水に混入してマイクロバブルのオゾン水として放出される。このマイクロバブルのオゾン水によって、水の中の臭い、有害物質が分解除去される。

次に本実施例の作用を説明する。
図４に示すように、一連のパイプ１内の上流側から下流側にかけて１０ｍ前後の間隔を開けてそれぞれ本考案の発電装置Ａを設置し、パイプ１の上流から河川等の水を流す。
パイプ１内に導入された水はパイプを流れながら、回転羽２と接触して回転させる。
回転羽の回転によって発電された電力の一部はオゾン生成器４によってオゾンが生成され、他は商用電力等として利用される。
回転軸５にはセラミック粒子が充填されているので、セラミックと水が接触することによって水のクラスターが微細化され、その水にオゾン生成器４によって生成されたオゾンが混入される。
オゾンが混入された水はマイクロバブル水として放出口８から河川等に放出され、環境の浄化作用が得られる。
ここで、回転軸５の下端軸５ｂは外部動力の接続軸として機能するので、パイプの上流から下流にかけて流速の遅いカ所が生じる場合には回転軸５に外部動力を接続して流速の回復を図る。

第２実施例に係るパイプ発電装置を説明する。
前記第１実施例では水流により発電する構成としたが、第２実施例に係る発電装置は気流を利用して発電する構成である。
回転羽２及び回転軸５は第１実施例と同様、または風力によって回転する公知の回転羽を採用し、連続した通過路（パイプ）内の上流側から下流側にかけて間隔をおいて複数カ所に回転羽２及び発電機３、オゾン生成器４を配置する。そして、セラミック等を充填した回転軸５に気流を導いてオゾン生成器４へ送り、オゾンを気流に混入した後に外部に放出する。放出口は上流側から下流側にかけて間隔をおいてパイプの複数カ所に形成する。
前記第１実施例では発電機３に隣接してオゾン生成器４を配置したが、本実施例ではパイプ１内にオゾン生成器４を配置してパイプ１内で直接オゾンを発生させる構成としても良い。
パイプ１内への気流の導入に際しては自然の風を主に利用するが、この他、コンプレッサーより人工的に送り込む方法、あるいは工場設備等の給気・排気エアーを送り込む方法等が採用される。
本実施例では前記第１実施例と回転軸５の一端に外部動力を接続して流速の回復を図ることが可能である。
その他の作用については前記第１実施例と同様である。

第３実施例に係るパイプ発電装置を説明する。
前記実施例では縦方向（鉛直方向）に回転軸を配置したが、第３実施例に係る発電装置は回転軸を水平方向に配置する構成である。
本実施例では回転軸５をパイプ１の水平方向に挿通して、回転軸５の左右端をパイプの外に突設し、その突設した回転軸５に発電機３とオゾン生成器４を接続する。
回転軸には第１実施例と同様にセラミック粒子を充填して水の進入孔を形成し、孔から入った水がセラミック等に接触しながらオゾン生成器へ流れマイクロバブル水が生成されて外部に排出される構成とする。
なお、回転軸５を水平方向に配設した場合には、パイプ１内の上方に空気の通過する領域を確保してオゾン生成器４を配置し、パイプ内で発電機から電気の供給を受けてパイプ内で直接オゾンを発生させる構成としても良い。
その他の作用については前記第１実施例と同様である。

以上、本考案の実施例を説明したが、本考案の具体的な構成については、本実施例の形態に限られるものではなく、実用新案登録請求の範囲の各請求項に係る考案の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本考案に含まれる。
例えば、前記実施例では通過路（パイプ１）への水流または気流の導入口は上流側の一カ所から導入する構成としたが、これに限らず、上流から下流にかけて複数の流体の導入口を設定して、それぞれの導入口から適宜流体を補充して流速の回復を図り、装置全体を効率的に稼働する構成としても良い。

パイプ発電装置の側面図である。 回転軸及び回転羽の平面図である。 他の回転羽の形状を示す説明図である。 本考案を適用した全体図である。

１ パイプ
２ 回転羽
３ 発電機
４ オゾン生成器
５ 回転軸
５ａ 上端軸
５ｂ 下端軸
６ ワッシャ
７ ナット
８ 放出口
９ 孔

Claims (7)

1. 流体を導入して通過させる通過路と、通過路内に導入された流体によって回転する回転羽と、回転羽の回転動力によって発電する発電機を備えた発電装置であって、
   連続した通過路内の上流側から下流側にかけて間隔をおいて複数カ所に回転羽及び発電機を配置したことを特徴とするパイプ発電装置。
2. 前記発電機にオゾン生成器を接続し、
   発電機によって得られた電力によりオゾンを生成し、そのオゾンを通過路を流れてきた流体に混入し、
   通過路内の上流側から下流側にかけて間隔をおいて複数カ所に流体の放出口を形成したことを特徴とする請求項１記載のパイプ発電装置。
3. 前記流体として水流を使用し、
   遠赤外線放射物質に接触させた水にオゾンを混入する構成とした請求項２記載のパイプ発電装置。
4. 前記流体として水流または気流を使用することを特徴とする請求項１又は２記載のパイプ発電装置。
5. 通過路として一連のパイプを使用することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のパイプ発電装置。
6. 通過路の外側に回転羽に対する外部動力の入力軸が突設されており、
   通過路を流れる流体の流速が低下した場合に、前記回転羽の入力軸に外部動力を接続して流体の流速を回復する構成とした請求項１〜５いずれか記載のパイプ発電装置。
7. 通過路には上流から下流にかけて複数の流体の導入口が設定されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のパイプ発電装置。

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