JP5490179B2

JP5490179B2 - 水力発電装置

Info

Publication number: JP5490179B2
Application number: JP2012124900A
Authority: JP
Inventors: 輝雄早津
Original assignee: 輝雄早津
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013249772A

Description

本発明は、水力発電装置に関するものである。

近年、石油や石炭などの化石燃料の代替えエネルギーが注目される中、太陽光発電や風力発電の他にも水力発電が注目されており、例えば特開２００３−２８６９３５号のような水力を電気に変換する水力発電装置（以下、従来例）が種々提案されている。

この従来例は、河川の水流により回転力を得ることにより発電機を駆動して発電する発電装置と、この発電装置を搭載して河川の水面に浮かべる浮体装置と、川岸より浮体装置を牽引する牽引装置とを備えたものであり、この従来例であれば、河川の水位が変わっても発電することができる。

即ち、従来例は、水流を受けて発電機を駆動する回転力を得るための回転部は、所謂水車構造であって、その下方部分で水流を受けて回転する構造であるが、この従来例の回転部は、浮体装置で水面に浮くものであり、川岸などに固定されてはいないから、水位が変わっても常に下方部分が水没する状態が得られ、よって、回転することができ、河川の水位が変わっても発電することができる。

特開２００３−２８６９３５号公報

しかしながら、従来例は、前述したように川岸に係留して水上に浮かべるという構造上、例えば風が強くて波が高い場合に浮体装置が揺動して発電装置が良好に作動しない（回転部が良好に回転しない）など、安定的な発電が望めず、しかも、構造が複雑でコスト高であり、更に、従来例は水上で動くため、景観上好ましくなく、また、騒音が出るなど、周辺環境への問題が危惧される。

また、従来例は、発電機が水に濡れて壊れ易いという問題点もある。

本発明者は、前述した水力発電装置について更なる研究・開発を進め、その結果、極めて商品価値の高い画期的な水力発電装置を開発した。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

水流により回転する回転部１と、この回転部１の回転により発電する発電部２とを有する水力発電装置であって、前記回転部１は、前記発電部２の回転軸部３と回転連結された回転体５の所定位置に複数のハネ体４を正面視環状に配設した構成であり、更に、前記回転体５を前記回転軸部３を境界として２分した際の一側の領域Ｐ１における前記ハネ体４に当接する水流の流速と、他側の領域Ｐ２における前記ハネ体４に当接する水流の流速とを異ならしめる流速変更部６を具備し、この流速変更部６は、前記一側の領域Ｐ１の上流側に配され水流を遮る遮水面部７ａを有し該遮水面部７ａにより該水流の流速を減少せしめる流速減少部７と、前記他側の領域Ｐ２の上流側に配され水流を絞る水流絞り部８ａを有し該水流絞り部８ａにより該水流の流速を増加せしめる流速増加部８とで構成されており、前記流速増加部８は、一端部に水導入口部８ｂが設けられ他端部に水導出口部８ｃが設けられた筒状体であり、この筒状体には、内孔径を径小とすることで水流を絞る前記水流絞り部８ａが設けられていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。

また、水流により回転する回転部１と、この回転部１の回転により発電する発電部２とを有する水力発電装置であって、前記回転部１は、前記発電部２の回転軸部３と回転連結された回転体５の所定位置に複数のハネ体４を正面視環状に配設した構成であり、更に、前記回転体５を前記回転軸部３を境界として２分した際の一側の領域Ｐ１における前記ハネ体４に当接する水流の流速と、他側の領域Ｐ２における前記ハネ体４に当接する水流の流速とを異ならしめる流速変更部６を具備し、この流速変更部６は、前記一側の領域Ｐ１の上流側に配され水流を遮る遮水面部７ａを有し該遮水面部７ａにより該水流の流速を減少せしめる流速減少部７と、前記他側の領域Ｐ２の上流側に配され水流を絞る水流絞り部８ａを有し該水流絞り部８ａにより該水流の流速を増加せしめる流速増加部８とで構成されており、前記水流絞り部８ａは、下流側程径小となるテーパー内孔であることを特徴とする水力発電装置に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記ハネ体４は回転方向へ向けて凸をなす正面視Ｌ字形状に形成されていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記発電部２は、防水性を有するボックス10内に発電機11を設けて構成されていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。

また、請求項１〜４いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記回転体５及び前記ハネ体４は合成樹脂製であることを特徴とする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、前述した従来例と異なり、安定的に発電が行われることになり、しかも、簡易構造でコスト安であり、更に、景観を悪くすることなく、騒音も出ず、周辺環境への問題も生じないなど、極めて商品価値の高い画期的な水力発電装置となる。

本実施例の使用状態説明図である。本実施例に係る要部の説明図である。本実施例に係る要部の動作説明図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

例えば河川の水中に回転部１を水没状態で配すると、水流を受けて回転部１は回転し、この回転部１の回転により発電部２で発電が行われる。

この回転部１の回転について説明すると、流速変更部６により、回転体５を回転軸部３を境界として２分した際の一側の領域Ｐ１におけるハネ体４に当接する水流の流速と、他側の領域Ｐ２におけるハネ体４に当接する水流の流速とが異ならしめられ、具体的には、一側の領域Ｐ１の上流側に配される流速減少部７の遮水面部７ａにより、一側の領域Ｐ１への水流は遮られて流速が減少し、一方、他側の領域Ｐ２の上流側に配される流速増加部８の水流絞り部８ａにより、他側の領域Ｐ２への水流は絞られて流速が増加する。

この領域Ｐ１，Ｐ２夫々への水流の流速差により、回転部１は水中に没した状態であっても回転する。

つまり、回転体５に設けられた各ハネ体４は、回転体５の回転位置に応じて、一側の領域Ｐ１にて遅い流速の水流を受けるときと、他側の領域Ｐ２にて早い流速の水流を受けるときとが切り替わることになる為、回転部１は連続して回転する。

従って、本発明は、前述した構造を具備することで、回転部１は水中に没した状態で回転するから、例えば渇水時期などを考慮して常に水中に没する位置に配置しておけば常に発電させることができ、しかも、水中は風や波の影響を受けにくいため、この点においても安定的に発電が行われることになる。

また、本発明は、前述した作動が回転部１の上流側位置に流速変更部６を配するだけの簡易構造で達成され、コスト安であり、また、回転部１を水中に没した状態とすることができるから、景観を悪くすることなく、騒音も出ないなど、周辺環境への問題も可及的に抑制することができる。

本発明の具体的な一実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、水流により回転する回転部１と、この回転部１の回転により発電する発電部２とを有する水力発電装置である。

以下、本実施例に係る構成各部について詳細な説明をする。

回転部１は、図１，２に図示したように後述する発電部２に設けられる回転軸部３の放射方向位置にして互いに等間隔の回転角度位置に複数のハネ体４が正面視環状に並設された構成である。

具体的には、発電部２から延設される回転軸部３の先端部に該回転軸部３の回転とともに回転する合成樹脂製（強化プラスチック製）の回転体５を設け、この回転体５の正面部及び背面部夫々の回転方向に等間隔となる複数位置に合計１６のハネ体４が設けられている。

本実施例では回転体５を円形板状としたが、回転軸部３から放射方向にハネ体４の数だけアーム状の部材が突出する構造（骨組み構造）でも良い。

ハネ体４は、合成樹脂製（強化プラスチック製）で型成形したものであり、正面視Ｌ字形状の細板状に形成されている。

このハネ体４は、図２に図示したように回転体５の正面部及び背面部夫々の周端部にして対称位置に止着部材９を貫通させて一体に連結されている。

また、この各ハネ体４は、夫々回転方向へ向けて凸をなすように先鋭先端部が同一方向に向けて設けられている。

従って、各ハネ体４は、回転体５（回転部１）を回転軸部３を境界として２分した対向する領域のうち、後述する流速変更部６により水流の流速が遅くなった一側の領域Ｐ１に位置する場合には、凸状となる外面で抵抗が少ない状態で水流を受けることになり、一方、水流の流速が早くなった他側の領域Ｐ２に位置する場合には、凹状となる内面で抵抗が大きい状態で水流を受けることになり、よって、この水流の流速が遅く且つ水流の抵抗が小さくなる一側の領域Ｐ１に位置するハネ体４と、水流の流速が早く且つ水流の抵抗が大きくなる他側の領域Ｐ２に位置するハネ体４との間で生じる回転力の差により、回転体５を一方向に回転させる作用が生じることになる。

また、回転部１は強化プラスチック製故に軽量であり、良好に回転する。

また、回転軸部３は、その中央部位を軸受部13で回動自在に軸受されており、左右の端部夫々が軸受部13から外部に突出する状態に設けられている。尚、この軸受部13には図示省略のベアリングが設けられている。

また、この回転軸部３の一端部には前述したように回転部１が設けられ、他端部には発電部２が設けられている。

この発電部２は、図１に図示したように回動軸部３の端部に複数の発電機11（タービン）を連設したものであり、回動軸部３に大径ギア14を設け、この大径ギア14と係合する小径ギア15を各発電機11に設けたものである。尚、大径ギア15の径は回転体５の径と同一（若しくはそれよりも大きな径）となるように設定されている。

従って、回転部１の回転により回転軸部３が回転することで各発電機11は発電する。

また、発電部２は、各発電機11が防水性を有するボックス10内に設けられ、この発電部２は地下に埋設されている。

従って、この発電部２を実際に川岸などに設置した状態において景観を悪くすることなく、騒音も出ないなど、周辺環境への問題も可及的に抑制することができる。

符号16はボックス８内の空気や湿気を排気する排気筒である。

本実施例では、回転体５（回転部１）を正面方向から見た際における回転軸部３を境界として２分した対向する領域のうち、一側の領域Ｐ１におけるハネ体４に当接する水流の流速（圧）と、他側の領域Ｐ２におけるハネ体４に当接する水流の流速（圧）を異ならしめる流速変更部６が設けられている。

この流速変更部６は、一側の領域Ｐ１の上流側に配され水流を遮る遮水面部７ａを有し該遮水面部７ａにより該水流の流速を減少せしめる流速減少部７と、他側の領域Ｐ２の上流側に配され水流を絞る水流絞り部８ａを有し該水絞り部８ａにより該水流の流速を増加せしめる流速増加部８とで構成されている。

具体的には、図１，３に図示したように合成樹脂製（強化プラスチック製）の縦長形状の枠体17を設け、この枠体17の下方部位に流速減少部７を設けるとともに、上方部位に流速増加部８を設けている。尚、この枠体17内に前述した回転部１も配設され、また、枠体17の背面部はコンクリート製の護岸壁20に沿設状態に設けられる。

流速減少部７は、図３に図示したように適宜な合成樹脂製（強化プラスチック製）の部材で形成された板状体であり、枠体17の下部に垂直状態に設けられている。

この流速減少部７の上端部は回転軸部３が配される位置まで達する高さに設定されている。

従って、流速減少部７は、水流を受けた際、水流を遮水面部７ａで受けて水流の流速を減少せしめることになる。

流速増加部８は、図３に図示したように適宜な合成樹脂製の部材（強化プラスチック）で形成された筒状体であり、一端部に水導入口部８ｂが設けられ他端部に水導出口部８ｃが設けられている。

また、流速増加部８は内孔径が径小となるよう、下流側程径小となるように構成されており、即ち、テーパー内孔であり、水流を絞って流速を上げる水流絞り部８ａが設けられている。

また、流速増加部８は水導出口部８ｃが上向きになるように枠体17に配設されている。

この流速増加部８は、水導出口部８ｃを水平方向に向けたり下向きになるように枠体17に対して可動自在（回動自在）に設けても良い。

尚、枠体17の上部に流速減少部７を設け、下端部に流速増加部８を設けるようにしても良い。この場合、ハネ体４の向きを図３に図示した場合と逆方向に向けるようにする。

符号18は転倒防止用の支持部材，19は枠体17の正面部下方位置に設けられ、ゴミや土砂などの流動物の侵入を防止する防護板体であり、この防護板体19は枠体17の背面部下方位置にも設けても良い。

以上の構成から成る本実施例に係る水力発電装置は、発電部２を川岸の地下に埋設状態とし、回転部１を河川の水中に没した状態とし、この回転部１の水流上流位置に流速変更部６を設置する。この水力発電装置の近傍にして地上には変電所が設置され、この変電所から水力発電装置で発生した電気は送電線で送電される。

本実施例は上述のように構成したから、流速変更部６により、回転体５を回転軸部３を境界として２分した際の一側の領域Ｐ１におけるハネ体４に当接する水流の流速と他側の領域Ｐ２におけるハネ体４に当接する水流の流速が異ならしめられ、具体的には、一側の領域Ｐ１の上流側に配される流速減少部７の遮水面部７ａにより、一側の領域Ｐ１を流れる水流は遮られて流速が減少し、一方、他側の領域Ｐ２の上流側に配される流速増加部８の水流絞り部８ａにより、他側の領域Ｐ２を流れる水流は絞られて流速が増加する。

この回転部１の回転により回転軸部３が回転し、この回転軸部３の回転により発電部２（発電機11）が作動して発電する。

よって、本実施例によれば、前述した構造を具備することで、回転部１は水中に没した状態で回転させることができるから、例えば渇水時期などを考慮して常に水中に没する位置に配置しておけば常に発電させることができ、しかも、水中は風や波の影響を受けにくいため、この点においても安定的に発電が行われることになる。

また、本実施例は、前述した作動が回転部１の上流側位置に流速変更部６を配するだけの簡易構造で達成され、コスト安であり、また、回転部１を水中に没した状態とすることができるから、景観を悪くすることなく、騒音も出ないなど、周辺環境への問題も可及的に抑制することができる。

また、本実施例は、流速増加部８は、一端部に水導入口部８ｂが設けられ他端部に水導出口部８ｃが設けられた筒状体であり、この筒状体には、内孔径を径小とすることで水流を絞る水流絞り部８ａが設けられ、更に、この水流絞り部８ａは、下流側程径小となるテーパー内孔であるから、確実に水流の流速を増加させることができる。

また、本実施例は、ハネ体４は回転方向へ向けて凸をなす正面視Ｌ字形状に形成されているから、各ハネ体４は回転体５の回転位置に応じて水流の抵抗が大きい場面と水流の抵抗が小さい場面とが確実に得られることになり、流速変更部６による水流の流速差に加え、水流の抵抗差によっても回転体５を回転する作用が生じ、よって、回転部１における良好な回転が達成される。

また、本実施例は、回転部１（ハネ体４及び回転体５），枠体17，流速増加部８及び流速減少部７はいずれも強化プラスチックで構成されており、強度が高く且つ錆ないなどの高い耐久性を有することになる。

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。

Ｐ１一側の領域
Ｐ２他側の領域
１回転部
２発電部
３回転軸部
４ハネ体
５回転体
６流速変更部
７流速減少部
７ａ遮水面部
８流速増加部
８ａ水流絞り部
８ｂ水導入口部
８ｃ水導出口部
10 ボックス
11 発電機

Claims

水流により回転する回転部と、この回転部の回転により発電する発電部とを有する水力発電装置であって、前記回転部は、前記発電部の回転軸部と回転連結された回転体の所定位置に複数のハネ体を正面視環状に配設した構成であり、更に、前記回転体を前記回転軸部を境界として２分した際の一側の領域における前記ハネ体に当接する水流の流速と、他側の領域における前記ハネ体に当接する水流の流速とを異ならしめる流速変更部を具備し、この流速変更部は、前記一側の領域の上流側に配され水流を遮る遮水面部を有し該遮水面部により該水流の流速を減少せしめる流速減少部と、前記他側の領域の上流側に配され水流を絞る水流絞り部を有し該水流絞り部により該水流の流速を増加せしめる流速増加部とで構成されており、前記流速増加部は、一端部に水導入口部が設けられ他端部に水導出口部が設けられた筒状体であり、この筒状体には、内孔径を径小とすることで水流を絞る前記水流絞り部が設けられていることを特徴とする水力発電装置。
水流により回転する回転部と、この回転部の回転により発電する発電部とを有する水力発電装置であって、前記回転部は、前記発電部の回転軸部と回転連結された回転体の所定位置に複数のハネ体を正面視環状に配設した構成であり、更に、前記回転体を前記回転軸部を境界として２分した際の一側の領域における前記ハネ体に当接する水流の流速と、他側の領域における前記ハネ体に当接する水流の流速とを異ならしめる流速変更部を具備し、この流速変更部は、前記一側の領域の上流側に配され水流を遮る遮水面部を有し該遮水面部により該水流の流速を減少せしめる流速減少部と、前記他側の領域の上流側に配され水流を絞る水流絞り部を有し該水流絞り部により該水流の流速を増加せしめる流速増加部とで構成されており、前記水流絞り部は、下流側程径小となるテーパー内孔であることを特徴とする水力発電装置。
請求項１，２いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記ハネ体は回転方向へ向けて凸をなす正面視Ｌ字形状に形成されていることを特徴とする水力発電装置。
請求項１〜３いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記発電部は、防水性を有するボックス内に発電機を設けて構成されていることを特徴とする水力発電装置。
請求項１〜４いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記回転体及び前記ハネ体は合成樹脂製であることを特徴とする水力発電装置。