JP5106609B2

JP5106609B2 - 自然エネルギー複合取得装置

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Publication number: JP5106609B2
Application number: JP2010220358A
Authority: JP
Inventors: 栄池田
Original assignee: 池田榮
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012072753A; CN102444533A; CN102444533B

Description

本発明は、水力発電装置と太陽光発電装置と風力発電装置を組み合わせた自然エネルギー複合取得装置に関する。

特許文献１には、風力発電装置と水力発電装置とを組み合わせ、かつ、前記水力発電装置の運動を風力発電装置に対する風力補助装置とする事項が記載されているものの、これらの発電装置に太陽光発電装置を組み合わせる事項は記載されていない。

一方、特許文献２には、本発明と同様に、水力発電装置と太陽光発電装置と風力発電装置を組み合わせた自然エネルギー複合取得装置が開示されている。この特許文献２の公知発明は、種々ある再生可能エネルギーの１種類だけを利用するだけでは利用効率を向上させることができないことから、無風または弱風の天候であっても、再生可能エネルギーを有効利用できるエネルギー変換複合システムを提供することを目的とし、その解決手段として、「気球と、該気球の表面に設けられたシート状太陽電池とを有する気球型太陽光発電装置と、前記気球の周囲に沿って配置された雨樋と、該雨樋から落下する雨水により回転する水車と、該水車の回転によって発電する発電機と、を有する水力発電装置」とから成るものである。

しかしながら、この特許文献２の問題点は、気球を空高くあげなければならない、雨水を利用するので、水力発電装置を十分に活用することができない、気球の表面にシート状太陽電池を貼りつけるだけなので、太陽光発電装置の能力を向上させることができない等である。

特開２０１０−１７４８７８号公報特開２００９−１７４４０３号公報

本願発明の所期の目的は、３種類の自然エネルギーを利用して発電量の増大化を図ることである。第２の目的は、雨天、無風、微風等の天候であっても、川、湖水、貯水池等の水源さえあれば、少なくとも水源を活用して、水力発電装置を常に或いは十分に活用することができることである。第３の目的は、簡単な構造で太陽光発電装置の発電能力の向上を図ることである。第４の目的は、少なくとも水力発電装置と太陽光発電装置を容易に組み合わせることができることである。第５の目的は、実施例によっては風力発電装置の始動を補助することである。

本発明の自然エネルギー複合取得装置は、水力発電装置を構成する箱体に支持柱を立設し、この支持柱の上端部に球体型の太陽光発電装置を設け、さらに、支持柱の上端部寄りの部位に風力発電装置を回転自在に取付け、該風力発電装置は、前記太陽光発電装置の下半球部分の周囲を囲むと共に、太陽光を該太陽光発電装置に照射する断面ボウル形状乃至逆傘形状の回転反射鏡と、この回転反射鏡の中央部に設けられていると共に前記支持柱に外嵌合する筒状の伝動ギヤと、この伝動ギヤと噛合する従動歯車を有しかつ前記支持柱に支持部材を介して固定された風力発電機とから成ることを特徴とする。

（ａ）３種類の自然エネルギーを利用して発電量の増大化を図ることができる。特に、雨天、無風等の天候であっても、川、湖水、貯水池等の水源さえあれば、少なくとも水源を活用して、水力発電装置を常に或いは十分に活用することができる。
（ｂ）太陽光発電装置が球体型であると共に、風力発電装置は該太陽光発電装置の下半球部分の周囲を囲むと共に、太陽光を該太陽光発電装置に照射する断面ボウル形状乃至逆傘形状の回転反射鏡を備えているので、簡単な構造で太陽光発電装置の発電能力の向上を図ることができる。
（ｃ）請求項２に記載の発明は、少なくとも水力発電装置と太陽光発電装置を容易に組み合わせることができる。
（ｄ）請求項３に記載の発明は、自然エネルギーを利用して、第１形態の問題点である回転反射鏡の回転時における「カットイン風速（発電開始に必要な風速）」を解消することができる。

図１乃至図６は本発明の第１形態を示す各説明図。図７乃至図１０は本発明の第２形態を示す各説明図。
本発明の第１形態を示す概念図。主要部の斜視図。要部（太陽光発電装置と風力発電装置との関係）を示す一部概略断面説明図。要部の分解斜視図。第１形態の照射態様の一例を示す説明図。水力発電装置１の縦断面概略説明図。本発明の第２形態を示す概念図。主要部の斜視図。要部を示す一部概略断面説明図。要部の分解斜視図。

（１）環境部材
図１は本発明の第１形態を示す概念図である。この図に於いて、１は水力発電装置、１５は太陽光発電装置、２１は風力発電装置である。

本発明は、水車、支持台機能を有する箱体、水力用の増速装置及び水力発電機を有する水力発電装置１と、該水力発電装置１の前記箱体に立設された支持柱の上端部に固定的又は回転可能に設けられた球体型の太陽光発電装置１５と、前記支持柱の上端部寄りの部位に回転自在に設けられた風力発電装置２１を組み合わせた自然エネルギー複合取得装置Ｘである。

なお、３０は複数の電線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等が接続する蓄電装置である。また、符号Ｒは川の一部又は上流側に落差を有する水路であり、水流は矢印方向へと流れることを示す。

（２）水力発電装置１
図２は主要部の斜視図、図６は水力発電装置１の縦断面概略説明図である。まず、これらの図を参照にして、水力発電装置１の構成を説明する。実施態様の一例を示す図６では、コンクリートベース２の一部に段差を有する凹所状の水路Ｒを形成している。本実施例では、図示しない川、湖水、貯水池、大きな水槽等の水源からコンクリートベース２の水路Ｒへと所要の水を案内する。もちろん、コンクリートベース２を図示しない川の中に、その上端部が水面よりも突出するように設置しても良い。

さて、２ａ、２ａは凹所状コンクリートベース２の左右の支持台部分で、幅広の一方（図６では右側）の支持台部分２ａの上面には、箱体３が固定的に設置されている。２ｂ、２ｂは左右の支持台部分の上面に所定間隔離間して対向状態に設けられた左右一対の支持腕で、これらの支持腕２ｂ、２ｂの上端部には軸受け（玉軸受け）４、４が組み込まれている。

５は単数又は複数の水車で、本実施例では、前記支持腕２ｂ、２ｂの軸受け４、４に支承された水平軸６に、例えば２個並設されている。もちろん、水車５は水路Ｒの幅に対応して３個、４個、５個という具合に多数並設することができる。７は箱体３に内装された水力用の増速装置で、この増速装置は、水車５の水平軸（主軸）６の一方の突出端部に接続する不番の入力軸に設けられた複数段の歯車列８とから成り、水力発電機１０の駆動軸９は、前記歯車列８の最終歯車の出力軸に接続する。

（３）太陽光発電装置１５
次に、太陽光発電装置１５は、図１や図２で示すように、水力発電装置１の支持台機能を有する箱体３の上壁３ａに固定された筒状固定筒１２及び該筒状固定筒にその下端部が差し込まれたパイプ状の支持柱１３を介して設けられている。
実施形態の一例を示す図３では、太陽光発電装置１５は、下半球部分の中央部に不番のメネジ部を有すると共に、その上面がやや扁平状の球体１６と、この球体１６の下半球部分１５ａ及び上半球部分１５ｂに貼りつけられたシート状或いは曲面状の多数の太陽光発電素子１７とから成る。

ところで、太陽光発電素子１７は、一枚の製造単位素子であってもよく、あるいは製造単位素子の複数枚をマトリックス状に配列したパネル状であってもよい。本実施例では、シート状、平板状及び曲面状の各素子が用いられている。

付言すると、平板状の素子は球体１６の扁平状部分に、また曲面状の素子は、その余の曲面部分に貼りつけられている。太陽光発電素子としては、太陽電池として周知あるいは公知のもの、例えば光電変換を行う半導体材料が単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳｉＧｅなどのシリコン系類のもの、ＧｅＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅなどの二元系化合物半導体類のもの、ＣｕＩｎＳｅ２などの三元系化合物半導体類のもの、メタロシアニン、フタロシアニンなどの有機化合物半導体類のもの、さらにかかる半導体材料の層を多層構造としたものなどを例示することができる。

（４）風力発電装置２１
風力発電装置２１は、支持柱１３の段差状上端部寄りの部位に軸受け１８を介して回転自在に取付けられている。軸受け１８は、例えば図３で示すように、支持柱１３の段差状上端部寄りの部位に固定された固定側軸受け１８ａと、回転反射鏡の中央部下面に固定的に突設された筒状の伝動ギヤ２３の下端部に固定的に設けられた可動側軸受け１８ｂとから成る。

しかして、該風力発電装置２１は、太陽光発電装置１５の下半球部分１５ａの周囲を囲むと共に、太陽光を該太陽光発電装置１５に照射する断面ボウル形状乃至逆傘形状の回転反射鏡２２と、この回転反射鏡２２の中央部に設けられていると共に、前記支持柱の段差状上端部寄りの部位に外嵌合する筒状の伝動ギヤ２３と、この伝動ギヤ２３と噛合する従動歯車２４を入力軸に有し、かつ、前記支持柱１３に支持部材２５を介して固定された風力発電機２６とから成る。なお、２１ａ、２１ａは、回転反射鏡２２の外面から放射状に突出する複数枚の羽根である。

（５）作用
まず、水力発電装置１の水車５は水路Ｒを流れる水の力（水力）によって回転する。周知のように、水車５の水力を受けて発生する動力（仕事率）は、水路Ｒの落差と水量によって決定されるので、望ましくは、水源からの水量、水路Ｒの落差、水車５の形式・構造、水車５の水平軸６の架設位置等の諸条件を考慮して、かつ所定の計算式で動力を算定した上で実施される。

次に、水車５が回転すると、その水平軸６及び増速装置７を介して水力発電機１０の駆動軸９に伝達される。その結果、水力発電機１０は、前記諸条件、増速装置７の増幅等により効率的に発電し、該発電による電力は電線Ｌ３により蓄電装置、電力施設等３０へと送電される。

次に、太陽光発電装置１５の太陽光発電素子１７の上半球部分１５ｂは、太陽光が直接当たる第１受光面となり、一方、その下半球部分１５ａは、風力発電装置２１の回転反射鏡２２から反射される照射（反射）光を受ける第２受光面と成り、少なくとも太陽が出ている限り、球体型の太陽光発電装置１５は、発電能力を大幅に向上させることができる。そして、該発電による電力は、水力発電装置１による発電と同様に電線Ｌ２により蓄電装置、電力施設等３０へと送電される。

次に、風力発電装置２１の回転反射鏡２２は、複数の羽根２１ａ、２１ａが所要の風力を受けると、軸受け１８を介して回転する。本実施例では「カットイン風速（発電開始に必要な風速）」がなければ回転反射鏡２２は回転しないという問題点があるものの、所要の風力があれば回転可能である。

そこで、回転反射鏡２２が回転すると、筒状伝動ギヤ２３も同方向に回転することから、従動歯車２４及び不番の入力軸を介して風力発電機２６が発電をする。そして、該発電による電力は、水力発電装置１等による発電と同様に電線Ｌ１により蓄電装置、電力施設等３０へと送電される。

なお、本実施例では、支持柱１３の下端部は箱体３の固定筒１２に差込み固定され、一方、該支持柱１３の上端部にはオネジ部１４が形成され、該オネジ部１４は太陽光発電装置１５の球体１６の下面中央部の不番メネジ部に螺着することから、少なくとも水力発電装置１と風力発電装置２１との組み合わせが容易である。

第１形態に於いて、回転反射鏡２２の中央部付近には、該回転反射鏡２２内に雨水が溜まらないように、複数個の不番小孔が形成されている。また、回転反射鏡２２の形状は、本発明の目的を逸脱しない範囲に於いて任意に設計変更することができる。

次に、この欄では、他の実施形態を説明する。なお、他の実施形態を説明するに当たって、第１形態と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を割愛する。
図７乃至図１０は本発明の第２形態を示す各説明図である。この第２形態に於いて、前記第１形態と主に異なる点は、（ａ）発明の課題に、第１形態の問題点である回転反射鏡２２の回転時における「カットイン風速（発電開始に必要な風速）」を解消することを加味したこと、（ｂ）その解決手段として、カットイン風速、つまり、風が出てきて、風力発電装置２１が始動する際、回転反射鏡２２が容易に回転することができるように、発電開始に必要な風速に代用する動力（仕事率）を付与する風力補助装置３１を設けたことである。

しかして、前記風力補助装置３１は、該風力補助装置３１、蓄電装置等の付近に設置されたボックス状制御盤３２に内装され、かつ、検知信号を処理する必要なプログラムを格納する記憶機能、計時機能等のＩＣを有する制御部３３と、前記制御盤３２の上壁に立設された単数又は複数の風力センサー３４と、該風力センサー３４が所要の風力を検知した際に前記制御部３３から制御信号を受ける蓄電装置３０Ａと、該蓄電装置３０Ａと電線Ｌ４を介して接続され、かつ、支持部材３５を介して支持柱１３に固定されたクラッチ機能付風力アシストモーター３６とから成り、前記風力アシストモーター３６の出力軸に設けられた駆動歯車３７は回転反射鏡２２の筒状伝動ギヤ２３に噛合している。

しかして、この第２形態では、検知信号、制御信号等のフローチャートを特に図示しないが、例えば風力センサー３４が回転し、該回転が記億部の第１基準値を越えたことを条件として蓄電装置３０Ａにクラッチ機能付風力アシストモーター３６に対して給電するように制御し、また、前記回転が第１基準値を所定時間維持し続けたことを条件として、前記クラッチ機能を構成するクラッチ板の摩擦を解く方向へ移動させると共に、前記給電を停止するように制御する。

上記の自然エネルギー複合取得装置Ｘ１は、蓄電装置３０Ａに蓄電されている電力を利用して回転反射鏡２２を回転可能な状態にする風力補助装置３１を備えているので、風力発電装置２１が始動する際の補助となる。

ところで、本発明の第２形態の風力補助装置３１は、蓄電装置３０Ａに蓄電されている電力を利用して回転反射鏡２２を回転可能な状態にするものであるが、箱体３に或いは箱体３の付近に図示しない水力を利用する水力発電装置側の風力補助装置を加味し、該風力補助装置から得られた動力（仕事率）を、例えば差動歯車装置を含むギヤボックスを介して支持柱１３の外嵌合する回転柱に伝える構成により実現することも可能である（利用発明）。

地球環境を考慮し、自然エネルギーを利用する発電分野で利用される。

Ｘ…自然エネルギー複合取得装置、１…水力発電装置、２…コンクリートベース、Ｒ…水路、２ａ…支持台部分、２ｂ…支持腕、３…箱体、４…軸受け、５…水車、６…水平軸（主軸）、７…増速装置、８…歯車列、９…駆動軸、１０…水力発電機、１２…固定筒、１３…支持柱、１４…オネジ部、１５…太陽光発電装置、１５ａ…下半球部分、１５ｂ…上半球部分、１６…球体、１７…太陽光発電素子、１８…軸受け、２１…風力発電装置、２１ａ…羽根、２２…回転反射鏡、２３…筒状伝動ギヤ、２４…従動歯車、２５…支持部材、２６…風力発電機、３０、３０Ａ…蓄電装置、３１…風力補助装置、３２…制御盤、３３…制御部、３４…風力センサー、３５…支持部材、３６…風力アシストモーター、３７…駆動歯車。

Claims

水力発電装置を構成する箱体に支持柱を立設し、この支持柱の上端部に球体型の太陽光発電装置を設け、さらに、支持柱の上端部寄りの部位に風力発電装置を回転自在に取付け、該風力発電装置は、前記太陽光発電装置の下半球部分の周囲を囲むと共に、太陽光を該太陽光発電装置に照射する断面ボウル形状乃至逆傘形状の回転反射鏡と、この回転反射鏡の中央部に設けられていると共に前記支持柱に外嵌合する筒状の伝動ギヤと、この伝動ギヤと噛合する従動歯車を有しかつ前記支持柱に支持部材を介して固定された風力発電機とから成ることを特徴とする自然エネルギー複合取得装置。
請求項１に於いて、支持柱の下端部は箱体の固定筒に差込み固定され、一方、該支持柱の上端部にはオネジ部が形成され、該オネジ部は太陽光発電装置の球体の下面中央部に螺着することを特徴とする自然エネルギー複合取得装置。
請求項１に於いて、自然エネルギー複合取得装置に風力補助装置を加味し、該風力補助装置を構成する風力アシストモーターは、支持部材を介して支持柱に固定されていると共に、該風力アシストモーターの出力軸に設けられた駆動歯車は、回転反射鏡の筒状伝動ギヤに噛合していることを特徴とする自然エネルギー複合取得装置。