JP3891445B2 - 落下水流利用の発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、滝、川堰等における落下水流の持つエネルギを有効利用して、発電機を回転させる、落下水流利用の発電装置に関する。

地球環境に優しい、クリーンなエネルギ源から電力を得る方策の一つとして、自然界から得られる落下水流を利用して、水車を回転させることにより、発電機を回転させる発電装置がある。
しかしながら、従来の落下水流を利用して発電機を回転させる水車利用の発電装置は、いずれも、その落下水流の持つエネルギを効率よく引き出すことが可能な構造をしてはおらず、電力が大量消費される現代社会における、電力需要を十分に満たすまでには、至っていない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、滝、川堰等の自然界から得られる落下水流の持つエネルギを効率よく引き出すことを可能とした落下水流利用の発電装置であって、従来の水車利用の発電装置に比べて、その落下水流を利用して回転させる発電機から発生させる電力エネルギを、大幅に高めることのできる、落下水流利用の発電装置を提供しようとするものである。

このような目的を達成するために、本発明の落下水流利用の発電装置は、上端に落下水流を導入する導入口が開口し、下端に落下水流を排出する排出口が開口した、落下水流を通過させるほぼ垂直に起立する筒枠が備えられている。筒枠内側の上下方向には、コンベヤが回転軸を介して巡回可能にループ状に張設されている。コンベヤの巡回部外側の長手方向に沿っては、落下水流を流入させる複数のバケットが、その開口部をコンベヤを巡回させる方向とは逆方向に向けて、所定のピッチで並べて付設されている。コンベヤの一方の側の巡回部外側に並ぶ開口部が上方を向く複数のバケットは、筒枠上端の導入口から筒枠内側に流入した落下水流が通過する通路に沿って配置されている。コンベヤを巡回可能に支持する回転軸であって、コンベヤの巡回に伴って回転する回転軸には、発電機が連結されている。
このような構造の落下水流利用の発電装置においては、筒枠上端の導入口から筒枠内側に流入した落下水流が、筒枠内側のコンベヤの一方の側の巡回部外側に並ぶ開口部が上方を向く複数のバケットのそれぞれに流入する。そして、その複数のバケットに流入した落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギ（衝撃力）を受けて、その複数のバケットが付設されたコンベヤの一方の側の巡回部がバケットと共に下方に向けて巡回する。そして、そのコンベヤの巡回部が巡回するのに伴って、コンベヤを巡回可能に支持する回転軸が回転する。そして、その回転軸に連結された発電機が回転して、その発電機から電力が発生する。
コンベヤの一方の側の巡回部外側に並ぶバケット内に流入した落下水流は、その落下水流を貯留したバケットが、コンベヤの一方の側の巡回部外側に沿ってコンベヤの巡回部と共に下方に降下して、コンベヤ下端の巡回部外側において、その開口部が下方を向いた状態となった際に、バケット外部に排出される。そして、その落下水流が、筒枠下端の排出口を通して、筒枠外部に排出される。他方、筒枠上端の導入口から筒枠内側に流入して、バケット内に流入せずに、筒枠内側空間を通過する落下水流は、筒枠下端の排出口を通して、筒枠外部にそのまま排出される。
落下水流を排出して空となったバケットは、コンベヤの他方の側の巡回部外側をコンベヤの巡回部と共に上方に巡回して、コンベヤの一方の側の巡回部外側に再び移動、復帰する。
以下、同様な動作が繰り返し行われる。
その際には、筒枠上端の導入口から筒枠内側に流入した落下水流が通過する通路に沿って配置されたコンベヤの一方の側の巡回部外側に所定のピッチで並ぶ開口部が上方を向く複数のバケットのそれぞれに流入した落下水流が、その複数のバケット内からバケット外部に漏れ出さずに滞留したままの状態で、上下に長いコンベヤの一方の側の巡回部に沿ってコンベヤの巡回部と共に下方に向けて長距離に亙って降下し続ける。そして、その複数のバケット内に流入した落下水流の持つ位置エネルギの多くが、その落下水流を流入させた複数のバケットを介して、その複数のバケットが付設されたコンベヤの巡回部に長時間に亙って伝え続けられる。それと同時に、その複数のバケット内に流入した落下水流の持つ運動エネルギ（衝撃力）の多くも、その落下水流が流入した複数のバケットを介して、その複数のバケットが付設されたコンベヤの巡回部に長時間に亙って伝え続けられる。そして、その複数のバケット内に流入した落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギの多くが、コンベヤを巡回させる巡回エネルギに有効転換される。その結果、その複数のバケット内に流入した落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギの多くを、コンベヤの回転軸に連結された発電機を回転させるエネルギに無駄なく有効利用できる。
それに対して、水車利用の発電装置においては、落下水流の通路を次々と通過する水車の周囲に円輪状に並ぶ複数の各バケット内に、その開口部から落下水流が流入して、その複数の各バケット内に落下水流が一時的に貯留された状態になる。そして、その複数の各バケット内に流入した落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギ（衝撃力）を受けて、水車が回転する。そして、その水車の回転軸に連結された発電機が回転して、その発電機から電力が発生する。しかしながら、落下水流の通路を次々と通過する水車の周囲に円輪状に並ぶ複数の各バケットは、水車が回転するのに伴って、その開口部が上方を向いた状態からごく短時間のうちに下方を向いた状態となってしまう。そして、その複数の各バケット内に流入した落下水流が、バケット内に一時的に短時間貯留されるだけで、その下方を向いた状態となった開口部からバケット外部に早期に流出して、バケット内から短時間のうちに消失してしまう。その結果、水車利用の発電装置においては、落下水流の通路を次々と通過する水車の周囲に円輪状に並ぶ複数の各バケット内に流入する落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギ（衝撃力）のごく一部しか、水車を回転させるエネルギに有効利用できない。
このような理由から、本発明の落下水流利用の発電装置によれば、水車を利用して発電機を回転させる従来の発電装置と比べて、その落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギの多くを、発電機を回転させて、電力を得るためのエネルギに無駄なく有効活用可能となる。
本発明の落下水流利用の発電装置においては、筒枠上端の導入口に、落下水流を導入口を通して筒枠内側に流入させるための、ロート（漏斗）を付設すると良い。
そうした場合には、その導入口に付設されたロート内を介して、落下水流を、導入口外部に漏らさずに、導入口を通して、筒枠内側に無駄なく円滑に流入させることができる。
本発明の落下水流利用の発電装置においては、前記導入口を通して筒枠内側に流入させる落下水流を一時貯留するためのストレージタンク（貯留タンク）を、設けると良い。
そうした場合には、滝や川堰等の自然界から得られる落下水流を、ストレージタンクに一旦貯めた状態とした後に、そのストレージタンクに一旦貯留した状態の落下水流を、導入口を通して筒枠内側に流入させることができる。そのために、その自然界から得られる落下水流の量が安定せずに大小に変化しても、その落下水流を、ストレージタンク内を介して、筒枠内側に一定量づつ安定させて流入させ続けることができる。そして、その筒枠内側に一定量づつ安定して流入し続ける落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギを利用して、発電機をほぼ等速で安定させて回転させることができる。そして、その発電機から一定量の電力を安定して得ることが可能となる。
本発明の落下水流利用の発電装置においては、前記コンベヤの巡回部外側の長手方向に沿って並べて付設された複数の各バケットの開口部外側縁に、落下水流をバケット内に流入させるためのガイド板を、バケットの胴部側とは反対側の斜め外方に向けて起立させて備えると良い。
そうした場合には、そのバケットの開口部外側縁に備えられたガイド板を利用して、導入口から筒枠内側に流入した落下水流の多くを、その落下水流が通過する通路に沿って配置されたコンベヤの一方の側の巡回部外側に並ぶ複数のバケットのそれぞれに、その上方を向く開口部からバケット外部にこぼさずに円滑に流入させることができる。そして、その落下水流の多くが、コンベヤの一方の側の巡回部外側に並ぶ複数の各バケットのそれぞれに流入せずに、筒枠内側を無駄に通過してしまうのを、防ぐことができる。そして、その落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギを、コンベヤを巡回させるエネルギに有効活用できなくなるのを、防ぐことができる。
本発明の発電装置においては、前記コンベヤを、チェーンとスプロケットとを組み合わせたものから構成すると良い。
そうした場合には、そのチェーンとスプロケットとの組み合わせからなるコンベヤを、筒枠内側を通過する潤滑剤として働く落下水流により、スリップさせずに、上下方向に的確に巡回させることができる。そして、そのチェーンの巡回に伴って、チェーンを支持するスプロケットの回転軸に連結された発電機を、チェーンの巡回方向に確実に回転させることができる。その際には、筒枠内側を通過する潤滑剤として働く落下水流を用いて、チェーンをスプロケット周囲を噛み合い抵抗少なく円滑に巡回させることができる。

第１図は本発明の落下水流利用の発電装置の概略構造を示す正面断面図であり、第２図は本発明の落下水流利用の発電装置の側面図であり、第３図は本発明の他の落下水流利用の発電装置の概略構造を示す正面断面図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、図面に従って説明する。
第１図と第２図には、本発明の落下水流利用の発電装置の好適な実施の形態が示されている。
この発電装置には、上端左側に落下水流を導入する導入口１２が開口し、下端に落下水流を排出する排出口１４が広く開口した、ほぼ垂直に起立する筒枠１０が備えられている。筒枠１０内側の上下方向には、上下に長いコンベヤ２０が巡回可能にループ状に張設されている。コンベヤの巡回部２２は、筒枠１０内側空間の横方向に貫通させて架設された上下一対の回転軸２４、２６の周囲に、巡回可能に支持されている。コンベヤの巡回部２２外側の長手方向に沿っては、落下水流を流入させる複数のバケット３０が、その開口部３２をコンベヤ２０の巡回方向とは逆方向に向けて、所定のピッチで並べて付設されている。コンベヤの一方の側の巡回部２２外側に並ぶ開口部３２が上方を向く複数のバケット３０は、筒枠上端の導入口１２から筒枠１０内側に流入した落下水流が通過する通路に沿って配置されている。コンベヤ２０の巡回に伴って回転するコンベヤの巡回部２２上端を支持する回転軸２４には、発電機４０が連結されている。発電機４０と回転軸２４とは、チェーン４２、スプロケット４４及び増速機５０を介して、発電機の駆動軸４６に連結されている。そして、コンベヤの巡回部２２の巡回に伴って回転する回転軸２４の回転力を受けて、発電機４０が、増速機５０等を介して、高速回転する構造をしている。発電機４０脇部には、蓄電器６０が備えられていて、その蓄電器６０に発電機４０から発生させた電力を一時貯留できる構造をしている。
第１図と第２図に示した落下水流利用の発電装置は、以上のように構成されていて、この発電装置においては、筒枠上端左側の導入口１２から筒枠１０内側に流入した落下水流を、筒枠１０内側の落下水流の通路に沿って配置されたコンベヤの一方の側の巡回部２２外側に並ぶ開口部３２が上方を向く複数のバケット３０のそれぞれに流入させることができる。そして、その複数のバケット３０に流入させた落下水流の運動エネルギ及び位置エネルギを利用して、その複数のバケット３０が付設されたコンベヤの一方の側の巡回部２２を下方に向けて巡回させることができる。そして、コンベヤの巡回部２２を上下一対の回転軸２４、２６の周囲を上下方向に巡回させることができる。そして、そのコンベヤの巡回部２２が巡回するのに伴って、そのコンベヤ２０を巡回可能に支持する上部の回転軸２４を回転させることができる。そして、その上部の回転軸２４に増速機５０等を介して連結された発電機４０を高速回転させて、その発電機４０から電力を発生させることができる。発電機４０から発生させた電力は、蓄電器６０に一時貯留できる。
筒枠上端左側の導入口１２から筒枠１０内側に流入して、コンベヤの一方の側の巡回部２２外側に並ぶバケット３０内に流入した落下水流は、その落下水流を貯留したバケット３０が、コンベヤの一方の側の巡回部２２外側に沿ってコンベヤの巡回部２２と共に下方に降下して、コンベヤ下端の巡回部２２外側において、そのバケットの開口部３２が下方を向いた状態となった際に、その開口部３２からバケット３０外部に排出できる。バケット３０外部に排出された落下水流は、筒枠下端の排出口１４を通して、筒枠１０外部に排出できる。他方、筒枠上端左側の導入口１２から筒枠１０内側に流入して、バケット３０内に流入せずに、筒枠１０内側空間を通過する落下水流は、筒枠下端の排出口１４を通して、筒枠１０外部にそのまま排出できる。
落下水流を排出して空となったバケット３０は、コンベヤの他方の側の巡回部２２外側を巡回部２２と共に上方に巡回させて、コンベヤの一方の側の巡回部２２外側に再び移動、復帰させることができる。
以下、同様な動作を繰り返し行うことができる。
その際には、筒枠上端左側の導入口１２から筒枠１０内側に流入した落下水流が通過する通路に沿って配置されたコンベヤの一方の側の巡回部２２外側に所定のピッチで並ぶ開口部３２が上方を向く複数のバケット３０のそれぞれに流入した落下水流を、その複数のバケット３０内からバケット３０外部に流出させずに滞留させたままの状態で、上下に長いコンベヤの一方の側の巡回部２２外側に沿ってコンベヤの巡回部２２と共に下方に向けて長距離に亙って降下させ続けることができる。そして、その複数のバケット３０内に流入した落下水流の持つ位置エネルギの多くを、その落下水流が流入した複数のバケット３０を介して、その複数のバケット３０が付設されたコンベヤの巡回部２２に長時間に亙って伝え続けることができる。それと同時に、その複数のバケット３０内に流入した落下水流の持つ運動エネルギ（衝撃力）の多くを、その落下水流を流入した複数のバケット３０を介して、その複数のバケット３０が付設されたコンベヤの巡回部２２に長時間に亙って伝え続けることができる。そして、その複数のバケット３０内に流入した落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギの多くを、コンベヤ２０を巡回させる巡回エネルギに有効転換できる。その結果、その複数のバケット３０内に流入した落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギの多くを、コンベヤの回転軸２４に連結された発電機４０を回転させるエネルギ、即ち電力エネルギに無駄なく有効利用可能となる。
この落下水流利用の発電装置においては、第１図に示したように、筒枠上端の導入口１２にロート７０を付設して、自然界から得られる落下水流を、導入口１２外部に漏らさずに、導入口１２を通して、筒枠１０内側に無駄なく円滑に流入させることができるようにすると良い。
また、この落下水流利用の発電装置においては、第３図に示したように、その導入口１２を通して筒枠１０内側に流入させる落下水流を一時貯留するための大型のストレージタンク８０を、設けると良い。そして、滝や川堰等の自然界から得られる落下水流を、ストレージタンク８０に一旦貯めた状態とした後に、そのストレージタンク８０に一旦貯留した状態の落下水流を、導入口１２を通して筒枠１０内側に流入させる構造とすると良い。そして、その滝や川堰等の自然界から得られる落下水流の量が安定せずに大小に変化しても、その自然界から得られる落下水流を、ストレージタンク８０内を介して、筒枠１０内側に一定量づつ安定させて流入させ続けることができるようにすると良い。そして、その筒枠１０内側に一定量づつ安定して流入し続ける落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギを利用して、発電機４０をほぼ等速で回転させて、その発電機４０から一定量の電力が安定して得られるようにすると良い。そうした際には、第３図に示したように、ストレージタンクの落下水流の排出路８２に、バルブ８４を付設すると良い。そして、そのバルブ８４の開閉度を広狭に調整して、ストレージタンク８０から筒枠１０内側に流入させる落下水流の量が過大又は過小とならないように的確に調整できるようにすると良い。
また、この落下水流利用の発電装置は、ロート７０とストレージタンク８０との両方を併せ持つ構造とすることも可能であり、そのようにすれば、そのロート７０とストレージタンク８０との両方の作用を併せ持つ落下水流利用の発電装置を提供できる。
また、この落下水流利用の発電装置においては、第１図や第３図に示したように、コンベヤの巡回部２２外側の長手方向に沿って並べて付設された複数の各バケットの開口部３２外側縁に、落下水流をバケット３０内に円滑に流入させるためのガイド板３８をバケット３０の胴部側とは反対側の斜め外方に向けて起立させて備えると良い。そして、そのガイド板３８を利用して、導入口１２から筒枠１０内側に流入させる落下水流の多くを、その落下水流が通過する通路に沿って配置されたコンベヤの一方の側の巡回部２２外側に並ぶ複数のバケット３０のそれぞれに、その上方を向く開口部３２からバケット３０外部に漏らさずに円滑に流入させることができるようにすると良い。そして、その落下水流の多くが、コンベヤの一方の側の巡回部２２外側に並ぶ複数の各バケット３０のそれぞれに流入せずに、筒枠１０内側を無駄に通過してしまうのを、防ぐことができるようにすると良い。そして、その落下水流の持つ位置エネルギ及び運動エネルギの多くを、コンベヤの巡回部２２を巡回させるエネルギに有効活用できるようにすると良い。
また、この発電装置においては、第１図や第３図に示したように、コンベヤ２０を、チェーンとスプロケットとを組み合わせたものから構成して、そのコンベヤ２０を、筒枠１０内側を通過する潤滑剤として働く落下水流により、スリップさせずに、上下方向に的確に巡回させることができるようにすると良い。そして、そのコンベヤ２０を構成しているチェーンの巡回に伴って、チェーンを支持するスプロケットの回転軸２４に連結された発電機４０を、チェーンの巡回方向に確実に回転させることができるようにすると良い。その際には、筒枠１０内側を通過する潤滑液として働く落下水流を用いて、チェーンをスプロケット周囲を噛み合い抵抗少なく円滑に巡回させることができるようにすると良い。
また、この発電装置においては、第１図や第３図に示したように、発電機４０、増速機５０、蓄電器６０などを、筒枠１０外側上部に備えると良い。そして、それらの発電機４０、増速機５０、蓄電器６０などに、落下流水の一部が降りかかるのを、筒枠１０周壁などにより的確に防ぐようにすると良い。そして、それらの発電機４０、増速機５０、蓄電器６０などが、落下流水の影響を受けて、故障するのを、防ぐようにすると良い。

本発明の落下水流利用の発電装置は、自然界から得られるエネルギを利用して発電する地球環境に優しい省エネ対策用の電力供給源として、広く有効利用可能である。

Claims (5)

1. 上端に落下水流を導入する導入口が開口し、下端に落下水流を排出する排出口が開口した、落下水流を通過させる上下方向に起立する筒枠と、該筒枠内側の上下方向に回転軸を介して巡回可能にループ状に張設されたコンベヤと、該コンベヤの巡回部外側の長手方向に沿って所定のピッチで並べて付設された落下水流を流入させる複数のバケットであって、そのバケットの底部からバケットの開口部に向かう方向がコンベヤの巡回部を巡回させる方向とは逆方向を向く複数のバケットと、前記コンベヤの巡回部の巡回に伴って回転するコンベヤを支持する回転軸に連結された発電機とが備えられて、前記コンベヤの一方の側の巡回部外側に並ぶ開口部が上方を向く複数のバケットが、前記導入口から筒枠内側に流入した落下水流が通過する通路に沿って配置されたことを特徴とする落下水流利用の発電装置。
2. 前記筒枠上端の導入口に、落下水流を導入口を通して筒枠内側に流入させるための、ロートが付設されたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の落下水流利用の発電装置。
3. 前記導入口を通して筒枠内側に流入させる落下水流を一時貯留するためのストレージタンクが設けられことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の落下水流利用の発電装置。
4. 前記コンベヤの巡回部外側の長手方向に沿って並べて付設された複数の各バケットの開口部外側縁に、落下水流をバケット内に流入させるためのガイド板が、バケットの胴部側とは反対側の斜め外方に向けて起立させて備えられたことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の落下水流利用の発電装置。
5. 前記コンベヤが、チェーンとスプロケットとの組み合わせからなるものであることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項又は第４項記載の落下水流利用の発電装置。

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