JP5345430B2

JP5345430B2 - 水力発電装置

Info

Publication number: JP5345430B2
Application number: JP2009068934A
Authority: JP
Inventors: 紘英五十嵐
Original assignee: 株式会社美装いがらし
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010226803A

Description

本発明は、河川や用水路などの流水を利用して発電する電磁誘導式の水力発電装置に関するものである。

一般的な電磁誘導式の発電機は、起電力を生じる電機子（コイル）を固定し、その中で界磁（磁石）を回転させるか、あるいは界磁を固定し、電機子を回転させることで電機子に誘起される起電力を引き出すように構成されている。

また、従来から、水の流体の運動エネルギーを利用して電機子と界磁とを互いに逆回転させることで、高い発電力が得られる発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特公昭５１−１２８０８号公報

本発明は、上記特許文献１と同様に、水の流体の運動エネルギーを利用してコイルと磁石とを互いに逆回転させて高い発電力を得るものの改良であって、極めて効率的に発電可能な水力発電装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

河川や水路１Ａなどの流水道１に設置可能な装置本体２に、この装置本体２を流水道１の流水方向に沿って貫通する導水部３を設けて、この導水部３内に流水道１の上流側から流水を導水して下流側へと排水し得るように構成し、この導水部３内に、第一回転筒４をその筒長さ方向が導水部３での流水方向と略平行となるように配設すると共に、この第一回転筒４は、その筒長さ方向を回転軸として導水部３に対し回転自在に設け、この第一回転筒４内に、この第一回転筒４より径小な第二回転筒６をその筒長さ方向が導水部３での流水方向と略平行となるように配設すると共に、この第二回転筒６は、その筒長さ方向を回転軸として第一回転筒４に対し相対的に回転自在に設け、この第二回転筒６の内部を、前記流水道１の流水方向に沿って貫通して上流側から導水した流水を下流側へと排水する貫通流水路に構成し、前記第一回転筒４に、前記導水部３に導水した流水を受けてこの第一回転筒４を一方向に回転せしめる螺旋形状の第一水受羽根５を設け、前記第二回転筒６に、前記導水部３に導水した流水を受けてこの第二回転筒６を第一回転筒４の第一水受羽根５による回転方向と逆方向に回転せしめる螺旋形状の第二水受羽根７を設けて、導水部３に導水した流水により第一回転筒４と第二回転筒６とが相対的に逆回転する構成とし、この第一回転筒４の内周面と第二回転筒６の外周面とが臨設状態となるように第一回転筒４と第二回転筒６の径寸法を設定し、この第一回転筒４の内周面にコイル８若しくは磁石９を設け、第二回転筒６の外周面に磁石９若しくはコイル８を設けたことを特徴とする水力発電装置に係るものである。

また、前記第一回転筒４に、その長さ方向の略全域にわたって螺旋形状の前記第一水受羽根５を複数設け、前記第二回転筒６に、その長さ方向の略全域にわたって螺旋形状の前記第二水受羽根７を複数設けたことを特徴とする請求項１記載の水力発電装置に係るものである。

また、前記第一回転筒４の筒周壁10の内部若しくは筒周壁10の外周面に前記第一水受羽根５を設けると共に、この第一回転筒４の筒周壁10の内周面に前記コイル８若しくは前記磁石９を設け、前記第二回転筒６の筒周壁11の内部若しくは筒周壁11の内周面に前記第二水受羽根７を設けると共に、この第二回転筒６の筒周壁11の外周面に磁石９若しくはコイル８を設けたことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の水力発電装置に係るものである。

また、前記導水部３と前記第一回転筒４との間に第一軸受12を介在して、この第一軸受12を介して第一回転筒４を導水部３に対し回転自在に設け、この第一回転筒４と前記第二回転筒６との間に第二軸受13を介在して、この第二軸受13を介して第二回転筒６を第一回転筒４に対し相対的に回転自在に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力発電装置に係るものである。

また、前記装置本体２は、筒状に形成してこの装置本体２の筒孔部分を前記導水部３とし、この導水部３内に前記第一回転筒４を回転自在に設け、この第一回転筒４内に前記第二回転筒６を回転自在に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水力発電装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、コイル若しくは磁石を設けた第一回転筒と、磁石若しくはコイルを設けた第二回転筒とが相対的に逆回転することで高い発電量が得られると共に、螺旋形状の第一水受羽根と第二水受羽根とが流水を効率良く受けて第一回転筒と第二回転筒とが高速で回転するので、極めて高い発電効率を発揮することになる画期的な水力発電装置となる。

また、請求項２記載の発明においては、第一水受羽根と第二水受羽根とが一層効率良く流水を受けることとなるので、第一回転筒と第二回転筒の回転効率が向上して一層高い発電効率を発揮することになる極めて実用性に秀れた構成の水力発電装置となる。

また、請求項３記載の発明においては、第一回転筒に第一水受羽根とコイル若しくは磁石を設ける構成、並びに第二回転筒に第二水受羽根と磁石若しくはコイルを設ける構成を簡易に設計実現可能となる一層実用性に秀れた構成の水力発電装置となる。

また、請求項４記載の発明においては、導水部に対して第一回転筒を回転自在に設ける構成、並びに第一回転筒に対して第二回転筒を相対的に回転自在に設ける構成を簡易に設計実現可能となり、しかも、第一回転筒と第二回転筒の回転軸を導水部の中心に設けるような構成でないため、この導水部内での流水抵抗が少なく、この流水によって第一回転筒と第二回転筒とを高い回転速度で回転させて効率良く発電することが可能となると共に、導水部内に流入するゴミや生物などの異物も、詰まって不具合を生じさせることなくスムーズに導水部外へと排出されることになるなど、一層実用性に秀れた構成の水力発電装置となる。

また、請求項５記載の発明においては、前記効果を確実に発揮する本発明の水力発電装置を簡易に設計実現可能な秀れた構成となる。

本実施例を示す拡大側断面図である。本実施例のコイルを有する第一回転筒と磁石を有する第二回転筒との関係を示す部分拡大正断面図である。本実施例の使用状態を示す概略説明図である。図３の説明拡大側面図である。

好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

河川や水路１Ａなどの流水道１に、導水部３の貫通方向が流水道１の流水方向に沿うようにして装置本体２を設置する。

すると、流水道１の流水が装置本体２より上流側から導水部３内へと自然に導水して装置本体２より下流側の流水道１へと排水されることになるが、この際、導水部３内では、導水部３内の流水を第一水受羽根５が受けてこの導水部３での流水方向と略平行となるように配設した第一回転筒４が一方向に回転すると共に、第一回転筒４内で、導水部３内の流水を第二水受羽根７が受けてこの導水部３での流水方向と略平行となるように配設した第二回転筒６が第一回転筒４の回転方向とは逆方向に回転する。

即ち、第一回転筒４の内周面に設けたコイル８若しくは磁石９と、第二回転筒６の外周面の磁石９若しくはコイル８とが、臨設状態で相対的に逆回転することで発電すると共に、コイル８と磁石９の双方が半回転するだけでコイル８と磁石９のどちらかが固定されている発電装置の一回転分と同等の発電量が得られるので、発電効率が高い。

また、この際、螺旋形状の第一水受羽根５と第二水受羽根７とは、例えば、前記特許文献１に示されているようなプロペラ形状の水受羽根に比して、流水を広い面積で効率良く受けることができるので、導水部３内の流水の力を第一回転筒４と第二回転筒６の回転力に効率良く変換可能となり、これにより第一回転筒４と第二回転筒６とはどのような流水状況においても比較的高速で回転して、極めて高い発電効率を発揮することになる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例の水力発電装置は、河川や水路１Ａなどの流水道１に設置可能な装置本体２に、この装置本体２を流水道１の流水方向に沿って貫通する導水部３を設けて、この導水部３内に流水道１の上流側から流水を導水して下流側へと排水し得るように構成している。

また、本実施例の装置本体２は、図１に示すように、水平方向に長さ（筒長さ）を有する円筒形に形成すると共に、人が持ち運びできる程度の比較的小型の装置本体２として、上部に持ち運び用の把手33を突設している。また、この装置本体２の筒孔部分を前記導水部３とし、この装置本体２の筒長さ方向を、流水道１の流水方向と平行にして流水道１に設置することで、この導水部３内に流水道１の上流側から自然と流水が導水して下流側へと排水する構成としている。

本実施例では、この装置本体２の導水部３内に、第一回転筒４をその筒長さ方向が導水部３での流水方向と略平行となるように配設すると共に、この第一回転筒４は、その筒長さ方向を回転軸として導水部３に対し回転自在に設けている。

具体的には、第一回転筒４は円筒形に形成し、更にその外径寸法を前記導水部３の内径寸法よりやや径小となる寸法に設定して、導水部３内に挿入配設し得るように構成すると共に、この第一回転筒４を導水部３内に挿入配設した際、この第一回転筒４の筒周壁10の外周面が導水部３の内周面と小間隔を置いた臨設状態となるように構成している。

また、導水部３の内面と第一回転筒４の外面との間に、第一軸受12としてのボールベアリング12を介在して、この第一軸受12を介して第一回転筒４がその筒孔中心を軸にして導水部３に対し相対的に回転自在に設けている。更に詳しくは、図１に示すように、導水部３の内面と第一回転筒４の外面との間であって且つ導水部３の流水方向の上流側に相当する位置と下流側に相当する位置の二箇所に、第一軸受12を介在してこの二箇所の第一軸受12により第一回転筒４を導水部３に対し安定的に回転自在に設けている。

また、この第一回転筒４は、その筒長さ方向の一側端部寄り（図面では流水道１の下流側の端部寄り）の内面に、この第一回転筒４の中心方向に向かって突出する軸受用突鍔部14を設けている。

また、本実施例では、この第一回転筒４内に、この第一回転筒４より径小な第二回転筒６をその筒長さ方向が導水部３での流水方向と略平行となるように配設すると共に、この第二回転筒６は、その筒長さ方向を回転軸として第一回転筒４に対し相対的に回転自在に設けている。

具体的には、第二回転筒６は円筒形に形成し、更にその外径寸法を前記第一回転筒４の内径寸法よりやや径小となる寸法に設定して、第一回転筒４内に挿入配設し得るように構成すると共に、この第二回転筒６を第一回転筒４内に挿入配設した際、この第二回転筒６の筒周壁11の外周面が第一回転筒４の筒周壁10の内周面と小間隔を置いた臨設状態となるように構成している。

また、この第一回転筒４の内面と第二回転筒６の外面との間に、第二軸受13としてのボールベアリング13を介在して、この第二軸受13を介して第二回転筒６を第一回転筒４に対し相対的に回転自在に設けている。更に詳しくは、図１に示すように、第一回転筒４の内面と第二回転筒６の外面との間であって且つ導水部３の流水方向の上流側に相当する位置と、前記軸受用突鍔部14と第二回転筒６の下流側端との間の位置に、第二軸受13を介在してこの二箇所の第二軸受13により第二回転筒６を第一回転筒４に対し安定的に回転自在に設けている。

本実施例では、この第一回転筒４に、前記導水部３に導水した流水を受けてこの第一回転筒４を一方向に回転せしめる螺旋形状の第一水受羽根５を設け、前記第二回転筒６に、前記導水部３に導水した流水を受けてこの第二回転筒６を第一回転筒４の第一水受羽根５による回転方向と逆方向に回転せしめる螺旋形状の第二水受羽根７を設けて、導水部３に導水した流水により第一回転筒４と第二回転筒６とが相対的に逆回転する構成としている。

具体的には、第一回転筒４は、その筒周壁10が中空状となるように構成して、この中空状の筒周壁10の内部に前記第一水受羽根５を設けている。

更に詳しくは、図２に示すように、第一回転筒４の周方向に９０度間隔を置いて四枚の第一水受羽根５を設けると共に、この各第一水受羽根５は、図１に示すように夫々を第一回転筒４の筒長さ方向の略全域にわたって螺旋状に連続するように設けている。

また、この第一水受羽根５は、帯板状に構成すると共に、この帯板状の第一水受羽根５をその板面方向が第一回転筒４の筒周壁10の壁面に対して略直交状態となるように筒周壁10内部に配設している。即ち、この第一水受羽根５は、導水部３内の流水方向に対して直交状態に配設されて流水を良好に受けることができるように構成している。

また、第二回転筒６の筒周壁11の内周面に、前記第二水受羽根７を設けている。

更に詳しくは、図２に示すように、第二回転筒６の周方向に１２０度間隔を置いて三枚の第二水受羽根７を設けると共に、この各第二水受羽根７は、図１に示すように夫々を第二回転筒６の筒長さ方向の略全域にわたって螺旋状に連続するように設けている。

また、この第二水受羽根７は、帯板状に構成すると共に、この帯板状の第二水受羽根７をその板面方向が第二回転筒６の筒周壁11の壁面に対して略直交状態となるように筒周壁11の内周面に突設配設している。即ち、この第二水受羽根７も、第一水受羽根５と同様に導水部３内の流水方向に対して直交状態に配設されて流水を良好に受けることができるように構成している。

また、本実施例では、この第一回転筒４の筒周壁10の内周面にコイル８を設ける一方、前記第二回転筒６の筒周壁11の外周面に磁石９を設けて、導水部３に導入する水流を前記第一水受羽根５と前記第二水受羽根７が受けて第一回転筒４と第二回転筒６とが相対的に逆回転することによってコイル８に電磁誘導を生じると共に、コイル８と磁石９の双方が相対的に逆回転することによってコイル８と磁石９のいずれか一方だけが回転する発電機に比べ約二倍の起電力を発生する（発電する）構成としている。

具体的には、第一回転筒４の筒周壁10の内周面の内側に、この内周面の周方向に間隔を置いてコイル８を複数並設状態に設ける一方、第二回転筒６の筒周壁11の外周面の内側に、この外周面の周方向に間隔を置いて磁石９を複数並設状態に設けている。

また、導水部３の内周面に、第一回転筒４の外周面に設けた第一ブラシ受17に接触する第一ブラシ16を突設する一方、この第一ブラシ受17は前記コイル８と電気的に接続している。

また、第一回転筒４の内周面に、第二回転筒６の外周面に設けた第二ブラシ受19に接触する第二ブラシ18を突設する一方、この第二ブラシ受19は前記磁石９と電気的に接続している。

また、前記第一ブラシ16と前記第二ブラシ18とは、装置本体２に設けた充電池15に電気的に接続して、第一回転筒４と第二回転筒６の相対回転により発電すると、充電池15に充電される構成としている。

また、この充電池15に充電した電力を差し込みプラグを介して送電可能な送電用プラグ受20を装置本体２の上部に設けると共に、この送電用プラグ受20の近傍の装置本体２の上部に、充電池15から送電用プラグ受20への電力供給をオン・オフ切替制御する切替スイッチ21を設けている。

このように構成した本実施例の水力発電装置は、把手33を利用して手軽に持ち運びできるため、色々な場所で幅広く活用できる。

また、図３，図４では、このように構成した本実施例の水力発電装置を二個用意して、夫々をフレキシブルで伸縮自在な連結パイプ22（蛇腹パイプ22）を用いて夫々の導水部３が連通状態となるように連結した装置構成とし、これを農業用水路１Ａ（流水道１）に設置した場合を示している。即ち、上流側の水力発電装置で電力を生じさせた流水が連結パイプ22を介して下流側の水力発電機でも電力を生じさせて、単体で使用する場合に比べて約二倍の電力を生じる装置構成とした場合を示している。

また、上流側の水力発電装置には、掛止部25を上部に備えた筒状のカバー体23を装置本体２に対し被覆状態に外装して、この掛止部25に、水路１Ａ脇の地面に杭打ちして固定したロープ24などの係留具24を掛止連結することで流水道１に係留できるようにした場合を示している。

このカバー体23は、水中での水力発電装置の浮力を高めるために用いているもので、このカバー体23の上部には、前記送電用プラグ受20と電気的に接続されたプラグ受部26と持ち運び用の取手27とを設け、カバー体23の上流側開口部28の上部には、棒状の流動物避け29を流水方向と直交する横方向に複数並設状態に垂設して、この流動物避け29により石などが導水部３へと導入することで作動不良が生じることを防止している。

また、図面では、本実施例の水力発電装置で得られた電力を、ビニールハウス32内の照明30や土壌に埋設したヒーター31に供給した場合を示している。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１流水道
１Ａ水路
２装置本体
３導水部
４第一回転筒
５第一水受羽根
６第二回転筒
７第二水受羽根
８コイル
９磁石
10 筒周壁
11 筒周壁
12 第一軸受
13 第二軸受

Claims

河川や水路などの流水道に設置可能な装置本体に、この装置本体を流水道の流水方向に沿って貫通する導水部を設けて、この導水部内に流水道の上流側から流水を導水して下流側へと排水し得るように構成し、この導水部内に、第一回転筒をその筒長さ方向が導水部での流水方向と略平行となるように配設すると共に、この第一回転筒は、その筒長さ方向を回転軸として導水部に対し回転自在に設け、この第一回転筒内に、この第一回転筒より径小な第二回転筒をその筒長さ方向が導水部での流水方向と略平行となるように配設すると共に、この第二回転筒は、その筒長さ方向を回転軸として第一回転筒に対し相対的に回転自在に設け、この第二回転筒の内部を、前記流水道の流水方向に沿って貫通して上流側から導水した流水を下流側へと排水する貫通流水路に構成し、前記第一回転筒に、前記導水部に導水した流水を受けてこの第一回転筒を一方向に回転せしめる螺旋形状の第一水受羽根を設け、前記第二回転筒に、前記導水部に導水した流水を受けてこの第二回転筒を第一回転筒の第一水受羽根による回転方向と逆方向に回転せしめる螺旋形状の第二水受羽根を設けて、導水部に導水した流水により第一回転筒と第二回転筒とが相対的に逆回転する構成とし、この第一回転筒の内周面と第二回転筒の外周面とが臨設状態となるように第一回転筒と第二回転筒の径寸法を設定し、この第一回転筒の内周面にコイル若しくは磁石を設け、第二回転筒の外周面に磁石若しくはコイルを設けたことを特徴とする水力発電装置。
前記第一回転筒に、その長さ方向の略全域にわたって螺旋形状の前記第一水受羽根を複数設け、前記第二回転筒に、その長さ方向の略全域にわたって螺旋形状の前記第二水受羽根を複数設けたことを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
前記第一回転筒の筒周壁の内部若しくは筒周壁の外周面に前記第一水受羽根を設けると共に、この第一回転筒の筒周壁の内周面に前記コイル若しくは前記磁石を設け、前記第二回転筒の筒周壁の内部若しくは筒周壁の内周面に前記第二水受羽根を設けると共に、この第二回転筒の筒周壁の外周面に磁石若しくはコイルを設けたことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の水力発電装置。
前記導水部と前記第一回転筒との間に第一軸受を介在して、この第一軸受を介して第一回転筒を導水部に対し回転自在に設け、この第一回転筒と前記第二回転筒との間に第二軸受を介在して、この第二軸受を介して第二回転筒を第一回転筒に対し相対的に回転自在に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力発電装置。
前記装置本体は、筒状に形成してこの装置本体の筒孔部分を前記導水部とし、この導水部内に前記第一回転筒を回転自在に設け、この第一回転筒内に前記第二回転筒を回転自在に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水力発電装置。