JP3177802U

JP3177802U - 水力発電装置

Info

Publication number: JP3177802U
Application number: JP2012003413U
Authority: JP
Inventors: 力雄荒井
Original assignee: 力雄荒井
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2022-06-07

Abstract

【課題】発電機を回転させる機構が単純な水力発電装置を提供する。
【解決手段】羽根車２５０は、上部平板２５３、下部平板２５２、およびそれらの間に中心軸２３０を中心として円形に配置された複数の自転羽根２６０を有し、水の流れを受けると中心軸２３０を回転の中心として水平に回転し、中心軸２３０を回転させる。自転駆動部は、スプロケット２７１とスプロケット２７２とチェーン２７３と８個のスプロケット２７４とチェーン２７５とで構成され、各自転羽根２６０が中心軸２３０の回りを一方の向きに３６０度公転するとき、各自転羽根２６０を公転の向きと逆の向きに１８０度自転させる。２つの発電機１５０は、羽根車２５０の上に位置し、羽根車２５０が回転するとき発電する。
【選択図】図１

Description

本考案は、小型簡易な構造の水力発電装置に関する。

この種の水力発電装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されている水力発電装置は、川底等に設置したフレームに、鉛直回転板を水平な水平軸回りに回転できるように固定し、該鉛直回転板の周縁に複数の自転羽根を設けて、鉛直回転板の回転と自転羽根との回転とを減速機を介して連結する。そして、川の流れのエネルギーを取り出すべき箇所では自転羽根の向きが流れの向きに垂直な向きとなり、川の流れに逆らって自転羽根が戻るべき箇所では自転羽根の向きが流れの向きに平行な向きとなるように（このとき鉛直回転板が２回転する間に自転羽根が１回転する）減速機の減速比を調整して、鉛直回転板を効率よく回転させ、その回転のエネルギーを用いて発電する。

登録実用新案第３１６５１０６号公報

しかし、特許文献１に記載の水力発電装置は、鉛直回転板の回転により水平な水平軸を回転させ、更に、水平軸の回転を垂直な回転駆動軸に伝えて回転駆動軸を回転させ、発電機を回転させる。このため、鉛直回転板の回転を発電機まで伝達する機構が複雑である。
本考案の目的は、発電機を回転させる機構が単純な水力発電装置を提供することにある。

上記の目的を達成すべく本考案の水力発電装置は、
上部平板、下部平板、および当該上部平板と当該下部平板の間に中心軸を中心として円形に配置された複数の自転羽根を有し、当該自転羽根が水の流れを受けるとき、前記中心軸を回転の中心として水平に回転し、前記中心軸を回転させる羽根車と、
前記各自転羽根が前記中心軸の回りを一方の向きに３６０度公転するとき、前記各自転羽根を当該公転の向きと逆の向きに１８０度自転させる自転駆動部と、
前記羽根車の上に位置し、前記羽根車が回転するとき発電する発電機と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本考案の水力発電装置は、
前記各自転羽根は、所定の位置において半径方向に向き、当該所定の位置から１８０度回転した位置で半径方向と直角の方向に向き、
前記羽根車は、前記各自転羽根が前記所定の位置において水の流れを最も強く受けるように、水中に配置される、
ことを特徴とする。

好ましくは、本考案の水力発電装置は、
水位の上昇または下降を検知する水位検知装置と、
伸縮することにより、前記羽根車と前記自転駆動部と前記発電機とが内部に配置されたフレームを上昇または下降させるモータジャッキと、
前記水位検知装置によって検知された水位の上昇または下降に合わせて前記モータジャッキを伸縮させるコントローラと、
を備えることを特徴とする。

本考案によれば、発電機を回転させる機構を単純化することができる。

本考案の第１の実施形態に係る水力発電装置の構造の一例を示す断面図である。水力発電装置のフレームの構造の一例を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図であり、自転羽根の構造の一例を示す。自転羽根の公転と自転の一例を示す図である。図１のＢ−Ｂ線断面図であり、自転駆動部の構造の一例を示す。図１のＣ−Ｃ線断面図であり、上部フレームの内部構造の一例を示す。本考案の第２の実施形態に係る水力発電装置の構造の一例を示す断面図である。（Ａ）水位検知装置の内部構造の一例を示す断面図である。（Ｂ）図８（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。水位検知装置が水位の上昇を検知する例を示す図である。（Ａ）初期状態を示す図である。（Ｂ）水位が上昇し、一方のセンサーが要素を検知し、もう一方のセンサーが要素を検知しなくなった状態を示す図である。（Ｃ）モータジャッキが伸びてフレームが上昇し、両方のセンサーが再度要素を検知した状態を示す図である。水位検知装置が水位の下降を検知する例を示す図である。（Ａ）初期状態を示す図である。（Ｂ）水位が下降し、一方のセンサーが要素を検知し、もう一方のセンサーが要素を検知しなくなった状態を示す図である。（Ｃ）モータジャッキが縮んでフレームが下降し、両方のセンサーが再度要素を検知した状態を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本考案の実施形態に係る水力発電装置について詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本考案の第１の実施形態に係る水力発電装置１０の構造の一例を示す。図２は、水力発電装置１０のフレームの構造の一例を示す。
水力発電装置１０のフレームは、図２に示すように、下部フレーム２００と、その上に配置された上部フレーム１００とで構成される。上部フレーム１００と下部フレーム２００は、それぞれ櫓（やぐら）を組むようにし、頑丈な構造を有する。上部フレーム１００の内部には２つの発電機１５０が固定されており、下部フレーム２００の内部には羽根車２５０が水平に回転できるように取り付けられている。
下部フレーム２００は、例えば川底４００に設置される。下部フレーム２００は、４隅に脚となるジャッキ２０１を有し、上部に設けられた手動ハンドル２０２を操作することにより、水平及び水位に対する高さを調整することができる。ジャッキ２０１の接地部２０３は川底４００に接する。図１と図２に示す接地部２０３は、鍔（つば）と杭（くい）とを併用したタイプであるが、鍔のみのタイプ、杭のみのタイプであってもよい。
図１中の矢印は水の流れの方向を示す。ジャッキ２０１の高さを調整して、羽根車２５０を水面３００の下、すなわち水中に位置させると、羽根車２５０が水の流れを受けて水平に回転する。この回転が２つの発電機１５０に伝えられ、２つの発電機１５０が発電する。

下部フレーム２００の下部中央には、下パネル２１０と軸受２１１とが取り付けられている。下部フレーム２００の上部中央には、中パネル２２０と、軸受２２１およびそれと一体化されたスプロケット２７１とが取り付けられている。軸受２１１と軸受２２１は、中心軸２３０を回転可能に支持する。
羽根車２５０は、パイプ２５１と、下部平板２５２と、上部平板２５３とを有する。パイプ２５１は中空であり、中心軸２３０がパイプ２５１を貫通する。中心軸２３０は、パイプ２５１に固定されており、パイプ２５１とともに回転する。従って、羽根車２５０が回転するとき、同時に中心軸２３０が回転する。
下部平板２５２と上部平板２５３は、外周が円形または六角形等の平板である。下部平板２５２はパイプ２５１の下側に固定され、上部平板２５３はパイプ２５１の真ん中付近に固定されている。羽根車２５０は、図３に示すように、下部平板２５２と上部平板２５３の間に８個の自転羽根２６０を有する。８個の自転羽根２６０は円形に並んでいる。
各自転羽根２６０は、羽根軸２６１に固定された一対の羽根で構成される。一対の羽根は、下部平板２５２と上部平板２５３に対して垂直方向に立設した面を有する。羽根軸２６１は、下部平板２５２に取り付けられた軸受２６２と、上部平板２５３に取り付けられた軸受２６３とによって回転可能に保持される。図３中に矢印で示すように、水が左から右に流れるとき、羽根車２５０は反時計周り（左周り）に回転する。
なお、軸受２１１、軸受２２１、軸受２６２および軸受２６３は、必要に応じてベアリング、シール等の部品で構成される。

各自転羽根２６０は、図４に示すように、自転しつつ下部平板２５２および上部平板２５３と共に中心軸２３０の周りを公転する。各自転羽根２６０は、下部平板２５２および上部平板２５３が一方の向きに一周（３６０度回転）する間に、逆の向きに半周（１８０度回転）だけ自転する。このため、これら８箇所の自転羽根２６０が回転の中心（中心軸２３０）を通る垂直面となす角度は、それぞれ異なっており、順次２２．５度ずつずれた角度となっている。例えば、図４中の起点（０°）から４５度左回りに公転した位置の自転羽根２６０は起点の自転羽根２６０に対して２２．５度右回りに自転している。起点から９０度左回りに公転した位置の自転羽根２６０は起点の自転羽根２６０に対して４５度右回りに自転している。
このため、図４中に矢印で示す向きに水が流れるとき、起点において、自転羽根２６０の面が川の流れに対して垂直となって流れのエネルギーを受けやすい角度となる。一方、基点と反対側の位置（１８０°の位置）において、自転羽根２６０の面が川の流れに対して平行となって流れのエネルギーを受けにくい角度となる。そして、その他の位置においてはそれらの中間の角度となる。
なお、自転羽根２６０を、８箇所ではなく、４箇所または６箇所に等角度間隔で設けてもよい。４箇所の場合は、各自転羽根２６０の角度が順次９０度、６箇所の場合は、各自転羽根２６０の角度が順次３０度ずつずれた角度で設置される。

図５は、図１のＢ−Ｂ線断面図であり、自転駆動部の構造の一例を示す。
自転駆動部は、スプロケット２７１と、スプロケット２７２と、チェーン２７３と、８個のスプロケット２７４と、チェーン２７５とで構成される。自転駆動部は、羽根車２５０が回転（公転）するとき、各自転羽根２６０を自転させる。
スプロケット２７２は、羽根軸２６１のいずれか一つの上端部に固定されている。スプロケット２７１は、一体化した軸受２２１とともに下部フレーム２００の上部中央の中パネル２２０に固定されている。スプロケット２７１とスプロケット２７２は、同一の水平面上に位置する。スプロケット２７１とスプロケット２７２は、チェーン２７３を介して連動する。スプロケット２７２の減速比は、スプロケット２７１に対して１／２に設定されている（スプロケット２７１が１に対してスプロケット２７２が２である。）。羽根車２５０が１回転（３６０°）すると、スプロケット２７２が逆方向に１／２（１８０°）回転する。このとき、羽根軸２６１もスプロケット２７２とともに逆方向に１／２（１８０°）回転する。従って、羽根車２５０が１回転するとき、羽根軸２６１に固定されている自転羽根２６０は逆方向に１／２回転する。

各羽根軸２６１の上端部には、それぞれスプロケット２７４が固定されている。全てのスプロケット２７４は同一の水平面上に位置する。スプロケット２７４は、全て同一の歯数であり、チェーン２７５を介して連動する。スプロケット２７２と同一の羽根軸２６１に取り付けられているスプロケット２７２が羽根軸２６１の回転と逆方向に１／２回転するとき、その他の各スプロケット２７２も同時に逆方向に１／２回転する。このため、羽根車２５０が１回転するとき、各羽根軸２６１に固定されている自転羽根２６０は全て逆方向に１／２回転する。

図１と図２に示すように、上部フレーム１００の上部中央には上パネル１１０と軸受１１１が固定されている。軸受１１１は、下部フレーム２００の中パネル２２０に固定された軸受２２１および下パネル２１０に固定された軸受２１１とともに中心軸２３０を回転可能に支持する。
図１、図２および図６に示すように、上部フレーム１００の側面には、２つの側面パネル１１２が固定されており、各側面パネル１１２にはそれぞれ発電機１５０が固定されている。各発電機１５０の回転子の上端部にはスプロケット１５１が取り付けられており、中心軸２３０の上端部には各スプロケット１５１に対応するスプロケット１２１が取り付けられている。各スプロケット１５１とそれに対応するスプロケット１２１とは、同一の水平面上に位置し、チェーン１２２を介して連動する。このため、中心軸２３０が回転するとき、２つの発電機１５０が発電する。
軸受１１１は、必要に応じてベアリング、シール等の部品で構成される。
なお、図１と図６には２個の発電機１５０が配置された例を示したが、これらに限らず、例えば４個の発電機を上部フレーム１００の内部に配置してもよい。
また、発電機１５０が１個である場合には、スプロケット１５１とスプロケット１２１を使用せず、上部フレーム１００の内部に回転子が下向きになるように発電機１５０を設置し、中心軸２３０と発電機１５０の回転子とを直結してもよい。

図７は、本考案の第２の実施形態に係る水力発電装置２０の構造の一例を示す。
水力発電装置２０は、第１の実施形態に係る水力発電装置１０と異なり、下部フレーム２００の４隅に減速機モータ２８１の付いたモータジャッキ２８０を有する。下部フレーム２００の外壁には、水位検知装置２９０が取り付けられている。水位検知装置２９０は水位の上昇または下降を検知する。
上部フレーム１００の上面にはコントローラ２８２が設置されている。コントローラ２８２はバッテリー２８３と制御盤２８４とで構成される。２つの発電機１５０で発電された電力の一部はコントローラ２８２に供給され、バッテリー２８３に蓄えられる。水位検知装置２９０が水位の上昇または下降を検知すると、コントローラ２８２は、減速機モータ２８１を制御し、モータジャッキ２８０を伸ばし、または縮めて、上部フレーム１００と下部フレーム２００とを上昇または下降させる。
コントローラ２８２は、スプロケット２７１とスプロケット２７２とチェーン２７３と８個のスプロケット２７４とチェーン２７５とで構成される自転駆動部およびその上の部分が常に水面より上に位置するように制御する。

水位検知装置２９０は、図８に示すように、中空のセンサー取付パイプ２９１の外周面上にセンサー２９２とセンサー２９３とが所定の間隔を空けて配置されている。センサー取付パイプ２９１の穴の中にはガイド２９６があり、水面３００に応じてガイド２９６に沿ってフロート２９７が上下する。フロート２９７には、要素２９４と要素２９５とが取り付けられている。センサー２９２またはセンサー２９３は、要素２９４または要素２９５と略同じ高さになるとそれらを検知して検知信号を出力し、その検知信号をコントローラ２８２に送る。例えば、センサー２９２とセンサー２９３はリードスイッチで構成し、要素２９４と要素２９５は磁石で構成することができる。なお、このような構造の水位検知装置２９０として、例えば山本電機工業株式会社製のフロート式レベルスイッチがある。

図９は、水位検知装置２９０が水位の上昇を検知する例を示す。図９（Ａ）に示す初期状態では、センサー２９２とセンサー２９３はそれぞれ要素２９４と要素２９５を検知し、検知信号を出力している。水位が上昇すると、センサー２９２とセンサー２９３は両方とも要素２９４と要素２９５を検知しなくなる。更に水位が上昇し、図９（Ｂ）に示すように、センサー２９３が要素２９４を検知して検知信号を出力し、センサー２９２が何も検知せず、検知信号を出力しない状態になると、コントローラ２８２はモータジャッキ２８０が伸びるように減速機モータ２８１を制御する。このとき、フレームは上昇する。図９（Ｃ）に示すように、センサー２９２とセンサー２９３が再び要素２９４と要素２９５を検知すると、コントローラ２８２は減速機モータ２８１を止め、モータジャッキ２８０を停止させる。

図１０は、水位検知装置２９０が水位の下降を検知する例を示す。図１０（Ａ）に示す初期状態では、センサー２９２とセンサー２９３はそれぞれ要素２９４と要素２９５を検知し、検知信号を出力している。水位が下降すると、センサー２９２とセンサー２９３は両方とも要素２９４と要素２９５を検知しなくなる。更に水位が下降し、図１０（Ｂ）に示すように、センサー２９２が要素２９５を検知して検知信号を出力し、センサー２９３が何も検知せず、検知信号を出力しない状態になると、コントローラ２８２はモータジャッキ２８０が縮むように減速機モータ２８１を制御する。このとき、フレームは下降する。図９（Ｃ）に示すように、センサー２９２とセンサー２９３が再び要素２９４と要素２９５を検知すると、コントローラ２８２は減速機モータ２８１を止め、モータジャッキ２８０を停止させる。

以上説明したように、本発明によれば、発電機を回転させる機構を単純化することができる。
また、第２の実施形態によれば、水位の上昇または下降に合わせて、フレームが上昇または下降するので、自転駆動部と発電機が水没することを防ぐことができる。

１０、２０…水力発電装置
１００…上部フレーム
１１０…上パネル
１１１…軸受
１１２…側面パネル
１２１、１５１…スプロケット
１２２…チェーン
１５０…発電機
２００…下部フレーム
２０１…ジャッキ
２０２…手動ハンドル
２０３…接地部
２１０…下パネル
２１１、２２１、２６２、２６３…軸受
２２０…中パネル
２３０…中心軸
２５０…羽根車
２５１…パイプ
２５２…下部平板
２５３…上部平板
２６０…自転羽根
２６１…羽根軸
２７１、２７２、２７４…スプロケット
２７３、２７５…チェーン
２８０…モータジャッキ
２８１…減速機モータ
２８２…コントローラ
２８３…バッテリー
２８４…制御盤
２９０…水位検知装置
２９１…センサー取付パイプ
２９２、２９３…センサー
２９４、２９５…要素
２９６…ガイド
２９７…フロート
３００…水面
４００…川底

Claims

上部平板、下部平板、および当該上部平板と当該下部平板の間に中心軸を中心として円形に配置された複数の自転羽根を有し、当該自転羽根が水の流れを受けるとき、前記中心軸を回転の中心として水平に回転し、前記中心軸を回転させる羽根車と、
前記各自転羽根が前記中心軸の回りを一方の向きに３６０度公転するとき、前記各自転羽根を当該公転の向きと逆の向きに１８０度自転させる自転駆動部と、
前記羽根車の上に位置し、前記羽根車が回転するとき発電する発電機と、
を備えることを特徴とする水力発電装置。
前記各自転羽根は、所定の位置において半径方向に向き、当該所定の位置から１８０度回転した位置で半径方向と直角の方向に向き、
前記羽根車は、前記各自転羽根が前記所定の位置において水の流れを最も強く受けるように、水中に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
水位の上昇または下降を検知する水位検知装置と、
伸縮することにより、前記羽根車と前記自転駆動部と前記発電機とが内部に配置されたフレームを上昇または下降させるモータジャッキと、
前記水位検知装置によって検知された水位の上昇または下降に合わせて前記モータジャッキを伸縮させるコントローラと、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電装置。