JP4612650B2 - パラシュート型発電装置及びその装置を用いた発電方法 - Google Patents

Description

本発明は、農業用水等の用水路に設置して効率的な発電を行なうことができるパラシュート型発電装置及びその装置を用いた発電方法に関するものである。

現在、ＣＯ_２の発生による地球の温暖化が大きな問題となっている。発電施設に於いても、火力発電が大きなウェイトを占めており、大きなＣＯ_２発生源となっている。
一方、日本には４０万ｋｍを越える農業用用水路が整備されている。しかし、使用期間は１年の内、３ヶ月程度であり、今これらの有効活用が求められている。
今まで用水路を利用した小水力発電は、ほとんど、落差を利用したものであり、無落差の用水路を利用した発電は極めて少なく、しかも発電量が少ないものであった。

例えば、特許文献１も用水路の落差を利用した小水力発電装置であり、具体的には、用水路の越流堰を越えた水が用水路固定枠のスクリーンを通って落下し、給水路形成枠体の給水開口からランナの下面を流れ、この水流がベーンを有するランナを回転させ、その回転が無端チェーンを介して発電機に伝達されて発電する用水路用水力発電装置である。
特開２００３−２６９３１５号公報

前述したように、今まで用水路を利用した小水力発電は、ほとんど、落差を利用したものであるが、この場合、一定の落差を確保する必要があり、用水路に於いては、十分な落差を確保することが困難である。

そこで、無落差の用水路を利用し、ゆるい流れであっても、ある程度の発電量を確保できる技術が求められている。

以上の現状に鑑み、本発明は、農業用水等の用水路に落差を設けることなく、用水路に設置して効率的な発電を行なうことができるパラシュート型発電装置及びその装置を用いた発電方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、流水路の上流側と下流側とに所定間隔離間させて配置され固定される２つのドラムと、
前記２つのドラム間に巻回されるロープと、
前記ロープに略等間隔に係止され、前記ロープと共に前記ドラム間を回転自在であり、上部回転位置にある時、上流側に向かって開口するように前記ロープに貫通して配設された膨縮自在の複数のパラシュートと、
前記ドラムの回転が伝達されて作動する発電機とを備えたパラシュート型発電装置であって、
前記パラシュートが上部回転位置にある時、前記パラシュートの浮き上がりを防止し、前記パラシュートの膨張を妨げることなく、下流側への移動を案内する上部ガイドパイプと、
前記パラシュートが前記ドラム近傍位置の上部回転位置にある時、前記パラシュートが前記ドラムに折り畳まれて巻回されるように案内するドラム用ガイドパイプと、
前記パラシュートが下部回転位置にある時、前記パラシュートの膨張を規制し、且つ、前記パラシュートの上流側への移動を案内する下部ガイドパイプとを備えたことを特徴とするパラシュート型発電装置を提供するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のパラシュート型発電装置を用いた発電方法であって、
前記パラシュート型発電装置が流水路中に設置され、流水があると、
前記パラシュートが、上部回転位置にある時、流水によって開口し、前記パラシュート内に流水を貯留させて膨張し、流水抵抗によって前記パラシュートが前記上部ガイドパイプに案内されて、下流側に流下することによって、前記ロープを介して前記ドラムを回転させ、
前記パラシュートが、前記ドラム位置で前記ドラム用ガイドパイプに案内されて、前記ドラムに巻回された時、前記パラシュート内の水が排水されて折り畳まれ、
前記パラシュートが、下部回転位置にある時、折り畳まれた状態で前記下部ガイドパイプに案内されて前記ロープによって上流側に引き戻され、
前記ロープに略等間隔に係止された前記複数のパラシュートが上部回転位置に於いて連続的に前記流水抵抗によって下流側に流下することにより前記ドラムが回転を維持し、
前記ドラムの回転により、前記発電機を回転させて発電させることを特徴とするパラシュート型発電装置を用いた発電方法を提供するものである。

本発明の請求項１記載の発明によれば、農業用水等の用水路に落差を設けることなく、用水路に設置して効率的な発電を行なうことができるパラシュート型発電装置を提供することができると共に、パラシュートが上部回転位置にある時、上部ガイドパイプによって、パラシュートの浮き上がりを防止し、パラシュートの膨張を妨げることなく、パラシュートを下流側へ案内することができ、パラシュートがドラム近傍位置の上部回転位置にある時、ドラム用ガイドパイプによって、パラシュートがドラムに折り畳まれて巻回されるように案内することができ、パラシュートが下部回転位置にある時、下部ガイドパイプによって、パラシュートの膨張を規制し、且つ、パラシュートの上流側への移動を案内することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のパラシュート型発電装置を用いて、農業用水等の用水路に落差を設けることなく、効率的な発電を行なうことができると共に、パラシュートが上部回転位置にある時、上部ガイドパイプによって、パラシュートの浮き上がりを防止し、パラシュートの膨張を妨げることなく、パラシュートを下流側へ案内することができ、パラシュートがドラム近傍位置の上部回転位置にある時、ドラム用ガイドパイプによって、パラシュートがドラムに折り畳まれて巻回されるように案内することができ、パラシュートが下部回転位置にある時、下部ガイドパイプによって、パラシュートの膨張を規制し、且つ、パラシュートの上流側への移動を案内することができる。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１に於いて、１は、本発明のパラシュート型発電装置を示し、パラシュート型発電装置１は、流水路の一形態である用水路２等の流水路の上流側と下流側とに所定間隔離間させて配置され固定される２つのドラム３，４と、２つのドラム３，４間に巻回されるワイヤロープ等のロープ５と、ロープ５に略等間隔に係止され、ロープ５と共にドラム３，４間を回転自在の複数の膨縮自在のパラシュート６，６…と、一方のドラム、例えば上流側のドラム３の回転が伝達されて作動する発電機７とを備えている。尚、図に於いては、パラシュート６，６…は３つ設けられ、３つのパラシュート６，６…がドラム３，４間を順次上部回転位置及び下部回転位置を通過して回転するが、３つのパラシュートに限定されるものではなく、ロープの長さ等に対応させて、適宜数のパラシュートを設けることができる。

そして、前記パラシュート６は、実際のパラシュートに使用するような強靭なしかも水に強い特殊繊維を使用して作成され、ロープ５に係止される場合は、パラシュート６をできるだけ大きく開かせるため、ロープ５がパラシュート６内部を貫通するように配設され、ロープ５に係止された複数の紐９，９…の他端がパラシュート６の開口部８の周縁に略等間隔で係止され、パラシュート６が上部回転位置にある時、上流側に向かって開口部８が開口するように係止される。
又、パラシュート６の開口部８には、開口しやすいように復元力のある弾性体（図示せず）が設けられる。

前記下流側のドラム４は、図２に示す如く、回転軸１１と、回転軸１１に中心部が貫通されて配設される円板１２，１２…と、円板１２，１２…の外周に軸方向に配設される複数のパイプ１３，１３…とを備え、前記パイプ１３，１３…によって、水の抵抗が最小限となり、できるだけ、水流を変えないように構成されている。
前記回転軸１１は、用水路２の両側壁に固定された軸受け１４，１４に回転自在に軸支される。

図１に示すように、前記上流側のドラム３は、下流側のドラム４の回転軸１１に無端ベルト１５を巻回するプーリ１６を設けたものである。

そして、図３に示すように、前記発電機７にはその回転軸１７に前記無端ベルト１５を巻回するプーリ１８が設けられ、ドラム３の回転によって発電機７の回転軸１７が回転して発電機７が発電するように構成されている。

又、前記パラシュート型発電装置１は、図１及び図４（ａ）に示す如く、パラシュート６が上部回転位置にある時、パラシュート６の浮き上がりを防止し、パラシュート６の膨張を妨げることなく、下流側への移動を案内する上部ガイドパイプ２１と、パラシュート６がドラム４近傍位置の上部回転位置にある時、パラシュート６がドラム４に折り畳まれて巻回されるように案内するドラム用ガイドパイプ２２と、パラシュート６が下部回転位置にある時、パラシュート６の膨張を規制し、且つ、パラシュート６の上流側への移動を案内する下部ガイドパイプ２３とを備えている。尚、図１に図示するようにドラム３側にもドラム用ガイドパイプ２２と同様の機能を持つドラム用ガイドパイプを設けても良い。前記上部ガイドパイプ２１、ドラム用ガイドパイプ２２及び下部ガイドパイプ２３は、合成樹脂性パイプ、或いは、耐腐食性の金属パイプで形成する。
尚、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すパラシュート６の拡大図であり、下部回転位置にあり、折り畳まれ膨張を規制されて上流側に移送されるパラシュート６を示している。

次に、前記パラシュート型発電装置１を用いた発電方法について説明する。
前記パラシュート型発電装置１が用水路２に設置され、用水路２内に流水があると、パラシュート６が、上部回転位置にある時、流水によって開口部８を開口し、パラシュート６内に流水を貯留させて膨張し、流水抵抗によってパラシュート６が下流側に流下することによって、ロープ５を介してドラム３，４を回転させ、パラシュート６が、上部回転位置にあり、ドラム４位置でドラム４に巻回された時、パラシュート６内の水が排水されて折り畳まれ、パラシュート６が、下部回転位置にある時、折り畳まれた状態でロープ５によって上流側に引き戻され、パラシュート６が下部回転位置にあり、ドラム３位置でドラム３に巻回された時、パラシュート６内の水が排水されて折り畳まれ、上部回転位置側に回転される。

そして、ロープ５に略等間隔に係止された複数のパラシュート６，６…が上部回転位置に於いて連続的に流水抵抗によって下流側に流下することにより、ドラム３，４を連続的に回転させる力が働き、ドラム３，４が回転を維持し、ドラム３，４の回転により、無端ベルト１５を介して発電機７を回転させて発電させる。

尚、パラシュート６がロープ５に係止されて前記ドラム３，４間を回転する場合、パラシュート６が上部回転位置にある時、上部ガイドパイプ２１によって、パラシュート６の浮き上がりを防止し、パラシュート６の膨張を妨げることなく、パラシュート６の下流側への移動を案内し、パラシュート６がドラム４近傍位置の上部回転位置にある時、ドラム用ガイドパイプ２２によって、パラシュート６がドラム４に折り畳まれて巻回されるように案内し、パラシュート６が下部回転位置にある時、下部ガイドパイプ２３によって、パラシュート６の膨張を規制し、且つ、パラシュート６の上流側への移動を案内する。

図５は、上部回転位置にあるパラシュート６が、流水によって開口部８を開口し、パラシュート６内に流水を貯留させて膨張しながら、上部ガイドパイプ２１によって案内されている状態と、下部回転位置にあるパラシュート６が、ドラム４に折り畳まれて下部ガイドパイプ２３によって、パラシュート６の膨張を規制されながら、案内されている状態を示している。尚、図５に於いて、２４は、上部ガイドパイプ２１を保持する保持体、２５は、下部ガイドパイプ２３を保持する保持体である。

図６は、下部回転位置にあるパラシュート６が、ドラム４に折り畳まれて下部ガイドパイプ２３によって、パラシュート６の膨張を規制されながら、案内されている状態を示している。

図７は、用水路を流れる水の等流速分布曲線を示し、これによると、用水路内の水は、用水路の断面の各部分によって、流速が異なり、中心の上部が最も早く、底面及び側面近くが最も遅いということが示されている。

本発明のパラシュート型発電装置１は、前記用水路を流れる水の等流速分布曲線が示す性質を利用し、水流の最も早い部分、即ち、パラシュート６の上部回転位置でパラシュート６を開いて（膨張させて）水流を受け、最も遅い（水抵抗が少ない）部分、即ち、パラシュート６の下部回転位置でパラシュート６を閉じて（畳んだ状態で膨張を規制して）、上流に戻し、更に、パラシュート６を複数、例えば３箇所に設置することで、常時水流を受け続け、それによって、上流、下流にセットしたドラム３，４を回転させることができるものである。
即ち、本発明のパラシュート型発電装置１は、無落差のしかも水流の比較的遅い用水路であっても水流の速い部分、遅い部を使い分けることで、最も簡単な方法で又最も安価な方法で、しかもほとんど全ての用水路で発電させることが可能である。

本発明によるパラシュート型発電装置を概略的に示す正面断面図である。 （ａ）本発明によるパラシュート型発電装置のドラムとパラシュートを示す一部切欠平面図である。（ｂ）本発明によるパラシュート型発電装置のドラムの斜視図である。 本発明による発電機を示す斜視図である。 （ａ）本発明によるパラシュート型発電装置のドラムとパラシュートとガイドパイプを示す斜視図である。（ｂ）本発明による下部回転位置にあるパラシュートの斜視図である。 本発明によるパラシュート型発電装置のパラシュートの膨縮状態を示す側面断面図である。 本発明によるパラシュート型発電装置のパラシュートの縮小状態を示す側面断面図である。 水路を流れる水の等流速分布曲線図である。

符号の説明

１ パラシュート型発電装置
３ ドラム
４ ドラム
５ ロープ
６ パラシュート
７ 発電機
２１ 上部ガイドパイプ
２２ ドラム用ガイドパイプ
２３ 下部ガイドパイプ

Claims (2)

1. 流水路の上流側と下流側とに所定間隔離間させて配置され固定される２つのドラムと、
   前記２つのドラム間に巻回されるロープと、
   前記ロープに略等間隔に係止され、前記ロープと共に前記ドラム間を回転自在であり、上部回転位置にある時、上流側に向かって開口するように前記ロープに貫通して配設された膨縮自在の複数のパラシュートと、
   前記ドラムの回転が伝達されて作動する発電機とを備えたパラシュート型発電装置であって、
   前記パラシュートが上部回転位置にある時、前記パラシュートの浮き上がりを防止し、前記パラシュートの膨張を妨げることなく、下流側への移動を案内する上部ガイドパイプと、
   前記パラシュートが前記ドラム近傍位置の上部回転位置にある時、前記パラシュートが前記ドラムに折り畳まれて巻回されるように案内するドラム用ガイドパイプと、
   前記パラシュートが下部回転位置にある時、前記パラシュートの膨張を規制し、且つ、前記パラシュートの上流側への移動を案内する下部ガイドパイプとを備えたことを特徴とするパラシュート型発電装置。
2. 請求項１記載のパラシュート型発電装置を用いた発電方法であって、
   前記パラシュート型発電装置が流水路中に設置され、流水があると、
   前記パラシュートが、上部回転位置にある時、流水によって開口し、前記パラシュート内に流水を貯留させて膨張し、流水抵抗によって前記パラシュートが前記上部ガイドパイプに案内されて、下流側に流下することによって、前記ロープを介して前記ドラムを回転させ、
   前記パラシュートが、前記ドラム位置で前記ドラム用ガイドパイプに案内されて、前記ドラムに巻回された時、前記パラシュート内の水が排水されて折り畳まれ、
   前記パラシュートが、下部回転位置にある時、折り畳まれた状態で前記下部ガイドパイプに案内されて前記ロープによって上流側に引き戻され、
   前記ロープに略等間隔に係止された前記複数のパラシュートが上部回転位置に於いて連続的に前記流水抵抗によって下流側に流下することにより前記ドラムが回転を維持し、
   前記ドラムの回転により、前記発電機を回転させて発電させることを特徴とするパラシュート型発電装置を用いた発電方法。
   

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