JP3160105U

JP3160105U - 浮体水車発電機

Info

Publication number: JP3160105U
Application number: JP2010002187U
Authority: JP
Inventors: 加藤　真悟; 真悟加藤
Original assignee: KATO INDUSTRY CO., LTD.
Current assignee: KATO INDUSTRY CO., LTD.
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2020-04-01

Abstract

【課題】水車用水路のみならず一般河川に設置が可能で、コンパクトにして、さらに暴風雨等で増水し水位が上昇した時には、簡単に避難させることのできる浮体水車発電機を提供する。【解決手段】中空筒状ドラム２０のドラム両端面２２からドラム軸２５をそれぞれ突出し且つドラム２０の外周筒面２１ａに複数の羽根２４を固着して、浮力で水面に浮くことのできる浮体水車２と、前記ドラム軸２５を先端部で軸支して浮体水車２を保持する一方、架台１に回動自在に支持されて、該架台１に吊設される一対のアーム３と、該アーム３に固着される発電機４と、ドラム軸２５の回動を発電機４の電動軸４２に伝達する伝動手段５とを具備して、水面９０に浮体水車２が浮いて水の流れで回転し、且つ上下変動する水面９０に対し、アーム３が回動して浮体水車２が水面９０に浮く状態を保ち、伝動手段５を介して、流水９から浮体水車２が得た機械的エネルギを発電機４で電力にする。【選択図】図１

Description

本考案は、流水から電気エネルギを得る浮体水車発電機に関する。

流水には位置エネルギ,運動エネルギ,圧力エネルギがあり、水力発電は位置エネルギの落差を専ら利用する。一方、潮の流れや河川の水の流れが有する運動エネルギから浮体水車を用いて電気エネルギを得る浮体水車発電機がある。小規模発電装置としてこれまで使用され、この種の浮体水車発電機に関しては、改良発明も提案されている（例えば特許文献１,２）。

特開２００６−４６１５２号公報特開２００７−２０５３４２号公報

しかし、特許文献１は、水車用水路８を流れる流水に適用される水平式流水発電装置で、水位変動のある一般的河川に直接設置するのは難しくなっている。さらに、「二つのフロート２,３を桟４,５,６で結合して成る」浮き台１を設けて、該浮き台１に水車本体や、発電機１２，変速機１３を載せる構成で、装置全体が大掛かりになっていた。
特許文献２は、水車が水位に応じて浮き上がり稼働できる小型水力発電用の浮き水車型発電装置を開示する。しかし、その図面を見る限りでは、水位変動に対し伝動手段たるチェンが弛む虞がある。また、浮き子６を取付けて水車本体が水に浮かぶようにするもので、特許文献１と同様、装置が大掛かりになっていた。さらに、河川が増水したときの避難対策は、労力をかけて装置全体を陸揚げするしかない構成で、大きな負担になっている。

本考案は上記問題点を解決するもので、水車用水路のみならず一般河川に設置が可能で、コンパクトにして、さらに暴風雨等で増水し水位が上昇した時には、装置を簡単に避難させることのできる浮体水車発電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１に記載の考案の要旨は、中空筒状ドラム(20)のドラム両端面(22)からドラム軸(25)をそれぞれ突出し且つ該ドラム(20)の外周筒面(21a)に複数の羽根(24)を固着して、浮力で水面に浮くことのできる浮体水車(2)と、前記ドラム軸(25)を先端部(35)で軸支して前記浮体水車(2)を保持する一方、架台(1)に回動自在に支持されて、該架台(1)に吊設される一対のアーム(3)と、該アーム(3)に固着される発電機(4)と、前記浮体水車(2)のドラム軸(25)の回動を発電機(4)の電動軸(42)に伝達する伝動手段(5)と、を具備して、
水面(90)に前記浮体水車(2)が浮いて水の流れで回転し、且つ上下変動する水面(90)に対し、前記アーム(3)が回動して該浮体水車(2)が水面(90)に浮く状態を保ち、前記伝動手段(5)を介して、流水(9)から浮体水車(2)が得た機械的エネルギを前記発電機(4)で電力にすることを特徴とする浮体水車発電機にある。
請求項２の考案たる浮体水車発電機は、請求項１で、蓄電池(60)をさらに具備し、前記発電機(4)の電力を充電できるようにしたことを特徴とする。
請求項３の考案たる浮体水車発電機は、請求項１又は２で、架台(1)に巻揚げ機(65)がさらに設けられ、該巻揚げ機(65)の胴に巻いたロープ(66)の先端(66a)を前記アーム(3)に引っ掛けて、該アーム(3)を引き揚げることができるようにしたことを特徴とする。

本考案の浮体水車発電機は、水位変動を常とする一般河川等の川の流れを利用して電力をつくることができ、しかもコンパクト化,低コスト化を図り、機能的に優れ、さらに暴風雨等で水位上昇した際にはいとも簡単に水面から持ち上げることができるなど数々の優れた効果を発揮する。

本考案の浮体水車発電機の一形態で、その一部破断概略正面図である。図１のII-II線矢視図である。図２の状態から、水位が上昇した時の浮体水車,アームの動きを図示した説明図である。図３の別態様図で、架台に巻き上げ機を設置してアームを引き上げる様子を示す説明図である。電動機を図１〜図４の電動機位置とは異なるアーム位置に取付けた別態様図である。

以下、本考案に係る浮体水車発電機について詳述する。図１〜図５は本考案の浮体水車発電機の一形態で、図１はその一部破断正面図、図２は図１のII-II線矢視図で、一部破断概略側面図になっている。図３は図２の状態から水位が上昇した時の一部破断概略側面図を示す。図４は巻き上げ機を設けた別態様図、図５は図１〜図３の発電機が設置された場所を変更する別態様図である。尚、図面を判り易くするため、図２〜図５は各支軸地点での支柱の図示を省き、各軸受は断面を表すハッチングを省く。

浮体水車発電機は、架台１と浮体水車２とアーム３と発電機４と伝動手段５と蓄電池６０と、を具備する(図１)。

架台１は水路８を跨ぐようにして設置される。ここでの水路８は底壁８１の両サイドに側壁８２が立設する横断面ほぼＵ字形で、図１の紙面垂直方向に等断面形状で設けられている。符号９は流水、符号９０は水面を示す。
本実施形態の架台１は金属製で、図１のごとく一対の支柱１１が水路８の両側壁８２近くの地表ＧＬに立設し、両支柱１１の上部を梁１５が連結して正面視冂形フレームを形成する。梁１５が地表ＧＬから高い所定位置に設けられる。冂形フレームは水路８の水流方向（図２の白抜き矢印方向）に一定間隔をおいて複数設置され、さらに、各冂形フレームの上部両角部を補強部材１４が連結して、頑強な立体的架台１とする。各梁１５の下縁側には一対の突片１６が固着され、両突片１６にそれぞれアーム３を吊設する支軸７５が固着される。

アーム３は長尺の帯板状又は棒状の金属製腕状部材である。アーム３は一対設けられ、各基端部３１を前記架台１に回動自在に支持させて、架台１に吊設される。ここでのアーム３は長尺の帯板状体で、基端部３１に設けた通孔３２に前記支軸７５を挿通して、アーム３が支軸７５に回動自在に支持される。
尚、図２〜図４は図面を簡略化して、棒状の椀状部材からなるアーム３とする。さらに基端部３１をフック状体にして、該フック状体を支軸７５に引っ掛けてアーム３を支軸７５に回動自在に支持させる。このような構成でも勿論よいが、実際のアーム３は図５のような長尺の帯板状体で、基端部３１に通孔３２を設け、支軸７５を該通孔３２に通して、アーム３が支軸７５に回動自在に支持される。符号７３ａは軸受を示す。
アーム３の主部３０には貫通孔３０ａが設けられる。該アーム３に固着された発電機４の電動軸４２を挿通させるためである。そして、アーム３の先端部３５で浮体水車２のドラム軸２５を軸支して該浮体水車２を保持する。

浮体水車２は中空ドラム２０と羽根２４とドラム軸２５とを備える。中空ドラム２０は内部に中空部２０ａを有する筒形密封ドラムで、ここでの中空ドラム２０は円筒部２１の両端面２２に蓋がされた有蓋有底円筒部２１になっている。羽根２４は図１,図２のごとく外周筒面２１ａに一定間隔で立設する板片である。各羽根２４は、図２のように、外周筒面２１ａに垂直起立する根元部分２４ａと、該根元部分２４ａの先端で、白抜き矢印方向に流れる水流の上流側へ屈曲延設する先端部分２４ｂと、を有する。該羽根２４に水流をあててその運動エネルギによって中空ドラム２０を効率良く回転させるためである。水面９０に浮体水車２の下部が浸かり、水流の流れを羽根２４が受けて浮体水車２が回転する。流水９(90)が有する運動エネルギから浮体水車２が回転する機械的エネルギを得る。
ドラム軸２５は中空ドラム２０の軸心を通って、その両端面２２から外方へそれぞれ突出する心棒である。既述のごとく、ドラム軸２５をアーム先端部３５で軸支して前記浮体水車２を保持する。具体的には、軸受７３ｂを介して、一対のアーム３の先端部３５に設けた各透孔３６に両ドラム軸２５をそれぞれ挿通して、浮体水車２がアーム３に回動自在に取付けられる。そして、この浮体水車２が、中空部２０ａを有する筒形密封ドラムの構造から、浮力で水面９０に浮かぶようになっている。尚、本実施形態はドラム軸２５が中空ドラム２０の中空部２０ａを貫通するが、円筒部２１の両端面２２からドラム軸２５を外方へ突出させてもよい。

発電機４は機械的エネルギから電力を得る公知品である。電磁誘導の法則にしたがって、機械的エネルギから電気エネルギに作り変える。本体部４１が前記アーム３の主部３０に取着され、発電機４の電動軸４２が前記ドラム軸２５と平行にして、貫通孔３０ａを通ってアーム３の外方へ突出する。

伝動手段５は前記浮体水車２の動力を前記発電機４へ伝える機械装置である。ここでは鎖車５２,５４とチェン５５とからなるチェン伝動手段である。前記浮体水車２のドラム軸２５に鎖車５２が固着されると共に、発電機４の電動軸４２に鎖車５４が固着され、さらに両鎖車５２,５４にチェン５５が巻掛けされる。浮体水車２の回動が、鎖車５２,チェン５５,鎖車５４の伝動手段５を介して、電動軸４２を回動させ、電気エネルギに作り変えられる。伝動手段５は、図１〜図４に示した鎖車５２,チェン５５,鎖車５４に限定されず、浮体水車２の動力を前記発電機４へ伝えることのできる機械装置であればよい。例えば鎖車５２,５４に代えて歯付きプーリとし、チェン５５に代えて歯付きベルトとするベルト伝動手段や、ロープを用いたロープ伝動手段等とすることができる。

かくのごとくして、水面９０に浮体水車２が浮いて水の流れで回転し、且つ上下変動する水面９０に対し、アーム３が回動して浮体水車２が水面９０に浮く状態を保ち、伝動手段５を介して、流水９から浮体水車２が得た機械的エネルギを発電機４で電力にすることができる構成にある。詳しくは、図２の状態から例えば水位が上昇した図３の状態（鎖線位置から実線位置に水面９０が上昇した状態）になると、アーム３が架台１に回動自在に支持されているため、水位の上昇に応じて、浮力で水面９０に浮く浮体水車２が、アーム３の抵抗を受けることなく上昇する。浮体水車２の上昇に伴ってアーム３が回動し、浮体水車２を保持するアーム先端部３５も上昇する。
本実施形態は、各冂形フレームの各梁１５に図２,図３のごとく、浮体水車２とアーム３と発電機４と伝動手段５を備えて、浮体水車２から発電機４で電力をつくることのできる浮体水車発電機のユニットを形成している。ここでは、３ユニットの浮体水車発電機を設ける。

また、本実施形態は蓄電池６０を具備し、前記発電機４の電力を充電できるようにしている。
蓄電池６０は公知機器で、発電機４が得た電気的エネルギを化学的エネルギの形に変化させて蓄えることのできる機器である。蓄電池６０はその蓄えた化学的エネルギを必要に応じて、再び起電力として取り出すことができる。発電機４が得た電気エネルギは配線６１を通じて蓄電池６０へ送られ、該蓄電池６０で化学的エネルギに変換して保存される。水の流れによって得られる電力は、自然に左右されるため、電力供給が安定しない。そこで、水流から得た電気的エネルギを、さらに蓄電池６０で化学的エネルギに変換させて蓄えることで、電力を安定供給できるようにする。
本実施形態は、浮体水車発電機の各ユニットに蓄電池６０をそれぞれセットする。

図４には、架台１に巻揚げ機６５がさらに設けられる別態様図を示す。図４の浮体水車発電機は、架台１に設置した巻揚げ機６５の胴に巻いたロープ６６の先端６６ａをアーム３の主部３０の中央部位に引っ掛けて、該アーム３を引き揚げることができるようにしている。暴風雨等で浮体水車２の避難が必要になった時、巻揚げ機６５でロープ６６を巻き取れば、浮体水車２を水面９０から引き上げ、浮体水車発電機の陸揚げを簡単に行えるようになる。

また、図５に図１〜図３で設置されていた発電機４の位置を変更した他態様図を示す。発電機４は重量があり、架台１に吊設されるアーム３に浮体水車２と一緒に取付けると、浮体水車２が水面９０に浮くのが困難になる場合がある。図５は架台１に吊設されるアーム先端部３５で浮体水車２を保持する一方、アーム３が回動自在に支持される支軸７５のポイント(基端部３１)を越えて延びる張出し部３９を有して、該張出し部３９に発電機４を固着する。シーソーのように、発電機４が浮体水車２と重量バランスをとって、浮体水車２が浮力で水面９０に浮きやすくする。本考案でいう「浮力で水面９０に浮くことのできる浮体水車２」とは、浮体水車２がその浮力だけで水面９０に浮く場合のみならず、発電機４が浮体水車２と重量バランスをとって、図５のごとく、浮体水車２が浮力で水面９０に浮く場合も含むものとする。尚、図５の支軸７５は金属製丸鋼等からなり、梁１５の役割も担っている。

このように構成した浮体水車発電機は、浮力で水面９０に浮くことのできる浮体水車２を有し、且つアーム３が架台１に回動自在に支持されて該架台１に吊設され、さらにアーム先端部３５でドラム軸２５を軸支して該浮体水車２を保持するので、水位の上下変動に対して、アーム３が回動して、浮体水車２が水面９０に浮く状態に追随させることができる。特許文献１の水平式流水発電装置のごとく、水車用水路８を流れる流水９に適用できるだけでなく、雨天等で川の増水で水位が変動する一般河川等に設置することができ、適用範囲が広く、極めて有用な浮体水車発電機となる。自然界の河川では、天候に左右されて水位が変動するのが常であり、水位変動しても、流水９から浮体水車２で機械的エネルギを効果的に得ることができる。水位変動しても浮体水車２がもつ機能を有効に発揮できる。そして、その機械的エネルギを前記発電機４で電力にすることができ、浮体水車発電機の活躍できる場が断然広がる。
しかも、浮体水車発電機は、自然界の川の流れの運動エネルギを電力に変えて有効活用を図るので、環境に優しい装置になっている。

また、浮体水車２は内部を中空部２０ａとした中空ドラム２０を設けて、浮力で水面９０に浮くことのできる構造になっているので、特許文献１,２等のような大掛かりな浮き台や浮き子を必要とせず、装置がコンパクト化し、低コスト化にもつながる。浮体水車２が流水９から機械的エネルギを得る役目と同時に、浮き台の役目をも果たす。
さらに、蓄電池６０が設けられると、電力を安定供給できるようになる。大規模な電力設備を要せず、手軽に電気を利用できる。送電線等で電気が届かない地域などでも、河川の流れがあるところでさえ在れば、電気の安定供給が可能になるので、非常に便利且つ有益な装置となる。
加えて、巻揚げ機６５が設置され、該巻揚げ機６５の胴に巻いたロープ６６の先端６６ａを前記アーム３に引っ掛けて、該アーム３を引き揚げることができると、暴風雨等で、浮体水車発電機が陸揚げを余儀なくされる場合に、いとも簡単に水面９０から持ち上げて避難させることができる。
かくのごとく、本浮体水車発電機は、浮体水車２,アーム３,発電機４,伝動手段５,蓄電池６０,巻揚げ機６５等の各構成要素が、有機的に結合して、上述した種々の優れた効果を発揮し多大な効を奏する。

尚、本考案においては前記実施形態に示すものに限られず、目的,用途に応じて本考案の範囲で種々変更できる。架台１,浮体水車２,アーム３,発電機４,伝動手段５,蓄電池６０,巻揚げ機６５,軸受７３ａ,７３ｂ等の形状,大きさ,個数,材質等は用途に合わせて適宜選択できる。

１架台
２浮体水車
２０中空ドラム
２１ａ外周筒面
２２端面
２４羽根
２５ドラム軸
３アーム
３５先端部
４発電機
４２電動軸
５伝動手段
６０蓄電池
６５巻揚げ機
６６ロープ
６６ａ先端
９流水
９０水面

Claims

中空筒状ドラム(20)のドラム両端面(22)からドラム軸(25)をそれぞれ突出し且つ該ドラム(20)の外周筒面(21a)に複数の羽根(24)を固着して、浮力で水面に浮くことのできる浮体水車(2)と、
前記ドラム軸(25)を先端部(35)で軸支して前記浮体水車(2)を保持する一方、架台(1)に回動自在に支持されて、該架台(1)に吊設される一対のアーム(3)と、
該アーム(3)に固着される発電機(4)と、
前記浮体水車(2)のドラム軸(25)の回動を発電機(4)の電動軸(42)に伝達する伝動手段(5)と、を具備して、
水面(90)に前記浮体水車(2)が浮いて水の流れで回転し、且つ上下変動する水面(90)に対し、前記アーム(3)が回動して該浮体水車(2)が水面(90)に浮く状態を保ち、前記伝動手段(5)を介して、流水(9)から浮体水車(2)が得た機械的エネルギを前記発電機(4)で電力にすることを特徴とする浮体水車発電機。
蓄電池(60)をさらに具備し、前記発電機(4)の電力を充電できるようにした請求項１記載の浮体水車発電機。
前記架台(1)に巻揚げ機(65)がさらに設けられ、該巻揚げ機(65)の胴に巻いたロープ(66)の先端(66a)を前記アーム(3)に引っ掛けて、該アーム(3)を引き揚げることができるようにした請求項１又は２に記載の浮体水車発電機。