JP3190459U - 海水や河川の水流を利用する発電用コマ型水車による発電 - Google Patents

Abstract

【課題】無限に存在する海の海水や河川の水を利用し、水流をより安定的に吸収して発電を行うための発電用コマ型水車を提供する。【解決手段】水車１０の形状は円錐形の軸を中心に回転させる独楽（コマ）を横にした形で、水車１０は羽根１１を二段にし、一段目の外側の羽根１１で水流を受け、その水流をさらに内側に引き込み二段目の羽根１１で受けて水車１０を回転させ、水車１０の回転軸の回転力を強める。また、水車１０内部に回転を増速させるための大・中・小の歯車１４，１５，１６を連結させた回転伝導軸１２を設置して、水車１０の回転を伝える回転軸と回転伝導軸１２とを連結させる。さらに、回転力を高めた回転伝導軸１２と発電機８を連結させて発電を行う。【選択図】図１

Description

本考案は海から海水や河川の水を取水し、水路や流水管を整備して海水や水の流を作り出し、その水流を利用してコマ型水車により発電を行うもので、無限に存在する海の海水や河川の水を利用して、二酸化炭素を搬出しないで発電を行なうことに関するものである。

水を利用した発電方法としては規模が大きいダム式による水力発電や小規模な発電としての小水力発電などにより発電が行われている。
海洋エネルギーの利用については、潮流や海流を利用した発電の実験や研究が行なわれ、既に一部で実施されている。
大規模発電はダム式による発電により行われているが、これに反して水車などを利用した発電の小水力発電は規模的には小さく発電量も比較的少ない。
海洋エネルギーとされる海水を取水して水路を設置し流水管を整備して、発電に利用する方法は確立はされていないと思われる。
このようなことから、水流をより安定的に吸収して発電を行うための発電用コマ型水車を整備して海水や水を利用して発電を行うものである。

実公平１８−３１２００２１号公報 実用登録 ３０６３３５４号

潮流発電装置の実用化に関する調査研究 海上保安試験研究センター いとしろの小水力発電の取組み ＮＰＯ法人 やすらぎの里 いとしろ

海洋エネルギーの利用については、潮流や海流を利用した発電の実験や研究、地域においては海洋温度差発電などが行われている。
水力発電において、多くの発電所では発電を行うために、一般的には発電用水車により発電を行う水車発電機により発電が行われており、小水力発電においては水車などを利用した発電が行われている。
しかし、発電量という面において、小水力発電による発電においては水力発電と比較して、発電量が少ないという課題がある。

海水や水を利用して発電を行うためには、持続的発電の方法の明確化と効率性を高めるため発電コストの軽減化を可能とする方法の確立をどのようにして図るかが課題である。

海の海水や河川の水は二酸化炭素を排出しないで発電に利用できる最良の発電用エネルギーともいえる。特に海洋エネルギーである海の海水は無限に存在することから、発電に利用するには最も利用しやすいものと考えられる。
本考案は水流を受けやすい形にした発電用コマ型水車により、海水などの流れを利用して発電を行う方法である。水の深さや水路、流水管などを調整して水流をつくりだす。
また、流水管内の海水や水にゴミなどが混入しないようにし、流水管内を流れる海水や水の流れる速度を速めるように工夫をし、コマ型水車を数多く設置して、多くの発電施設の整備を行えば、安定的な発電と発電コストの軽減化を図ることができる。

発明の効果としては、これまで活用されている水車とは違う、より水流を受けやすくした発電用コマ型水車を利用した発電が可能となれば、未利用エネルギーである海水や水の活用が図られ、環境面においても二酸化炭素を排出せず、恒久的発電が可能となる。
海の海水は無限大に存在し、河川の水も量的には安定していることから、コマ型水車を利用した発電は発電量を大幅に増加させることにもつながり、地球温暖化対策に貢献することとなる。数多くの発電施設を整備して発電を可能とすればその効果が大きい。
そして、発電量を増加させ、発電コストを抑えることにより発電の低価格化を可能とする効果も期待できる。

海水利用の発電施設の平面図 海水利用の発電施設の断面図 水利用の発電施設の平面図 発電用コマ型水車の平面図 発電用コマ型水車の断面図

以下、本考案の実施の形態を図１から図５に基づいて説明する。

河川の水や海水を利用して発電を行うことは、水力発電や小水力発電などを参考とすれば、海水は量的にも安定していることから発電に利用することは十分可能である。
このことから、海水を利用する場合、海水利用の発電施設の平面図（図１）では、海から１取水口より海水を２取水管を通して、海水や水の流速を一定化させるための３流速調整槽に取水し、４水路や５流水管を整備して、海水利用の発電施設の断面図（図２）で示すように、３流速調整槽から９発電施設までの傾斜で海水の流れを作り出し、その水流により、発電用コマ型水車の平面図（図４）及び発電用コマ型水車の断面図（図５）のような、１０発電用コマ型水車を回転させることにより発電に利用しようとするものである。
また、河川の水を利用する場合には、海水を利用する場合と同じように、水利用の発電施設の平面図（図３）で示すように、河川から１取水口より水を２取水管を通して取水し、３流速調整槽から９発電施設までの４水路や５流水管の傾斜で水の流れを作り出し、その水流により１０発電用コマ型水車を回転させることにより発電を行うものである。

安定的な海水や水の流れをつくりだすため、海水利用の発電施設や水利用の発電施設では、海水や水を２取水管より３流速調整槽に取水し、３流速調整槽から４水路や５流水管に流れる海水や水の水量を調整することにより、４水路や５流水管を流れる水流を安定させ、４水路に傾斜や段差（図２−１の拡大図）をつけて、流速を速める工夫をして発電に必要な速さの水流を作りだす。
また、多くの海水や水を取水して発電に利用することは、同時に多くの海水や水の排水を行う必要があることから、１７排水用水槽から６排水管により排水を行う。１３回転伝導軸保護管などの隙間部分や水路よりあふれでる海水や水がある場合には、８発電機や９発電施設への影響を防ぐために４水路の横に７排水用側溝（図１−１の拡大図）を整備して排水を行う。

発電に利用する水車の発電能力を高めるためには、発電用コマ型水車の平面図（図４）や発電用コマ型水車の断面図（図５）で示すように、水車がより多くの水流を受け、水車の本体部の回転力と、水車の回転軸の回転力を高める必要がある。
このような要件を満たすことを目指したものが発電用としてのコマ型水車であり、この１０発電用コマ型水車を設置し発電に利用するものである。施設整備における９発電施設の建物敷地の用地は、多くは必要としないことから、１０発電用コマ型水車を数多く設置して、９発電施設を整備し発電を行う方法である。
発電用コマ型水車の特徴は発電用コマ型水車の平面図（図４）及び発電用コマ型水車の断面図（図５）で示すように、水車が水流を受ける部分を多くするために、水流を１１コマ型水車の羽根の部分で多く受けるようにしたことである。それは１１コマ型水車の羽根を水車の外側と内側にも設置し、その二段の羽根で水流を受けて、水車の回転を水車内部に設置した大・中・小の歯車に伝えて、歯車の回転数を増やし、回転力を強めて、さらに１２回転伝導軸に伝えるものである。
また、水車内部の歯車の設置部分には外側から海水や水が入らないように壁で仕切る。
水車の中に設置された歯車の回転については、発電用コマ型水車の断面図（図５）のように、１４大歯車と１５中歯車の外側の歯車を噛み合わせて時計回りに、１５中歯車の内側の歯車と１６小歯車を噛み合わせて反時計回りに、１６小歯車の内側の歯車と１２回転伝導軸を噛み合わせて時計回りに回転させる。
そして、それぞれの歯車から歯車に回転力を伝えて、その回転力を１２回転伝導軸に伝えるものである。さらに、１３回転伝導軸保護管内部の１２回転伝導軸の回転力が下がらないようにして、９発電施設内に設置された８発電機にその回転力を伝え、８発電機を稼働させて発電を行うものである。
また、コマ型水車内部に設置される歯車の数については、コマ型水車の大きさにより、多くの歯車を設置したり、コマ型水車の二段の羽根を三段にするなどして回転力を高めるように工夫を行う。
コマ型水車を支えるために、（図１−１の拡大図）で示すように、１３回転伝導軸保護管で１０発電用コマ型水車を両側の１８支柱で支えるようにして、さらに１２回転伝導軸を保護しながら水車の安定化を図る。流速を速めるため、コマ型水車の設置場所の４水路に、（図１−１の拡大図）で示すように、水路に段差つけて、海水や水が１１コマ型水車の羽根に流速を速めて落下するように落差をつけて羽根を回転しやすいようにする。
また、１０発電用コマ型水車と海水や水と接する部分は（図２−１）で示すように１３回転伝導軸保護管の下部の部分の１１コマ型水車の羽根部分とする。これは、水車の上部や１３回転伝導軸保護管に対する海水や水の抵抗力を受けないようにするためであり、水中の羽根と海水や水の外の羽根が連動して安定した回転力を維持するためである。
コマ型水車部分の主な構成は、海水や水の水流を受ける羽根の水車部分と１３回転伝導軸保護管を連結、接続させる部分と、コマ型水車の根本部分側の水車部分と１３回転伝導軸保護管を連結、接続させる部分とで構成する。そして、水車内部には１４大歯車、１５中歯車、１６小歯車の連結された歯車部分と１２回転伝導軸とを連結、接続させて設置し、１２回転伝導軸が１３回転伝導軸保護管の内部を通り９発電施設内の８発電機にその回転を伝導する仕組みとなる。
水車の設置場所などについては、比較的水流の落差の小さい所でも利用できるようにしたもので、発電に利用して回転力を高めるという点で通常の水車に比べ、コマ型水車の方が回転力が強く、速く回転することができるものである。
このように、コマ型水車は水流を受ける羽根部分を多くすることや、水流が伝わりやすくするために羽根の間隔や羽根の位置及び羽根の角度を調整して、その回転力を水車の回転伝導軸に伝えやすくした形の水車である。そして、コマ型水車による発電は発電量を高め、恒久的かつ安定的な発電を可能とするものである。

発電施設の建設においては、ダム建設と比較し建設事業費は抑えることができ、設置場所については、ダム建設においては山間部などで立地場所を求めることが大変であるが、コマ型水車を利用し発電を行うための発電施設の立地、建設場所は海岸に近い地域や比較的平地に近い河川の側など、発電施設建設においても、比較的容易に求めることが可能である。発電用コマ型水車を利用した発電施設を水路の両側に設置したりするなど、コマ型水車を数多く設置して、発電施設を整備し発電を行えば発電コストの抑制と発電量を増やすことができる。

発電において、海や河川から海水や水を取水して発電に利用することは比較的容易に行うことができることから、コマ型水車による発電は一地点における発電量を増加させることが可能となり発電コストの軽減化を図ることができる。
また、送電面においてもダムなどの水力発電施設とは違い山間部ではなく比較的、平坦な平野部や海岸に近い地点に送電設備が設置されることが可能となる。
このことは、発電施設の立地場所や建設コストの面においても軽減化が図られ、安定的、恒久的発電が具体的に明確化することにもつながり電気料金の低価格化を推進し、産業上の利用の拡大を可能とすることができる。

１ 取水口
２ 取水管
３ 流速調整槽
４ 水路
５ 流水管
６ 排水管
７ 排水用側溝
８ 発電機
９ 発電施設
１０ 発電用コマ型水車
１１ コマ型水車の羽根
１２ 回転伝導軸
１３ 回転伝導軸保護管
１４ 大歯車
１５ 中歯車
１６ 小歯車
１７ 排水用水槽
１８ 支柱

Claims (1)

1. 海水や水を発電に利用することは、海は湖のようなものであり、海水は量的にも無限に存在していることから発電に利用するには最適であると考えられる。
   これまでも河川の水を利用した小水力発電は行われているが、発電量が大きいとはいえない。また、海水を利用した発電はこれまでは多くは行われてはいない。
   このようなことから、発電量を増大させることや、発電コストを安価に抑えることが可能となれば、海水を利用した発電を行うことが可能となる。
   発電用コマ型水車は、発電に利用するため水流を受けやすくした形の水車で水流の力を二段式にした羽根で受け、その流れが水車の先端部まで伝わりやすくして、その回転を水車内部に設置した歯車に伝導し、その回転力を回転伝導軸に伝えるものである。
   発電用コマ型水車の特徴は水車内部に歯車を設置することであり、回転伝導軸の回転数を増やすために水車内部に設置した歯車の、大歯車から中歯車に、中歯車から小歯車に、そして、小歯車から回転伝導軸へと歯車を噛み合わせて、それぞれの歯車から歯車に回転力を伝え、回転伝導軸の回転数を増やし、発電施設の発電機にその回転力を伝えるようにした水車である。
   このように水車の二段の羽根で水流をより受けやすくして、水車の内部に歯車を設置して回転数を高めて回転力を強める。また、発電用コマ型水車の大きさにより、水流を受ける羽根を三段に増やしたり、歯車の数を増やすなどして回転力を高めることや、比較的落差の小さい所でも発電に利用できるようにした発電用コマ型水車の登録請求を行うものである。
   コマ型水車の利点は、発電用コマ型水車を利用することにより、多くの発電施設の設置と発電量を増加させることを可能とするものである。

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