JP5498559B1 - 水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、極めて商品価値の高い画期的な水力発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】水面下に没して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、水平に配される回転軸部３と、この回転軸部３に直交状態で設けられる回転体５とを有し、この回転体５の所定位置には水流を受けて該回転体５を回転させる複数のハネ体４が側面方向から見て環状に配された構成であり、更に、前記回転体５の上側領域Ｐ１に位置した前記ハネ体４に当接する水流の流速と、下側領域Ｐ２に位置した前記ハネ体４に当接する水流の流速とを異ならしめる下記構成の流速変更部６が設けられたものである。
【選択図】図１

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。

水面下に没して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、水平に配される回転軸部３と、この回転軸部３に直交状態で設けられる回転体５とを有し、この回転体５の所定位置には水流を受けて該回転体５を回転させる複数のハネ体４が側面方向から見て環状に配された構成であり、更に、前記回転体５の上側領域Ｐ１に位置した前記ハネ体４に当接する水流の流速と、下側領域Ｐ２に位置した前記ハネ体４に当接する水流の流速とを異ならしめる下記構成の流速変更部６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。

記
前記流速変更部６は、前記回転体５の下側領域Ｐ２が配され且つ水底部12の下方位置に設けられる凹所９である。

また、請求項１記載の水力発電装置において、前記流速変更部６は、前記下側領域Ｐ２に位置した前記ハネ体４に当接する水流の流速を、前記上側領域Ｐ１に位置した前記ハネ体４に当接する水流の流速より遅くなるように設定するもの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、前記上側領域Ｐ１と前記下側領域Ｐ２とは前記回動軸部３を境界とした上側領域Ｐ１及び下側領域Ｐ２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１〜３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は前記回転体５の側面所定位置に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、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、前記凹所９は、先細り状の上部開口部９ａを有する凹所９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１〜５いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記凹所９は前記回転体５の周囲を囲繞する構成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１〜６いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記上側領域Ｐ１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、請求項７記載の水力発電装置において、前記流速増加部８は、上流側端部に水導入口部８ｂが設けられ、下流側端部に水導出口部８ｃが設けられた筒状体であり、この筒状体の内孔径は下流側程径小となるように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１〜８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は板体をＬ字形状に連設したものであり、角部４ａが回転方向へ向くように配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１〜９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。

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。 本実施例の要部の説明図である。 本実施例の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。

例えば河川の水面下に回転部１を没した状態で配すると、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の上側領域Ｐ１におけるハネ体４に当接する水流の流速と、下側領域Ｐ２におけるハネ体４に当接する水流の流速とが異なることになる。具体的には、下側領域Ｐ２は凹所９内に配されることで下側領域Ｐ２への水流は遮られ、上側領域Ｐ１に比しハネ体４に当接する水流の流速が減少する。

この流速差により、回転部１は水面下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の回転に応じて、ハネ体４が下側領域Ｐ２にて遅い流速の水流を受けるときと、上側領域Ｐ１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は水面下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面下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、水面下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体５の下側領域Ｐ２を水底部12の下方位置に設けた凹所９に配するだけの簡易構造で達成され、コスト安であり、また、本発明は、回転部１を水面下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。尚、本実施例では水流のある部位として河川を採用したが、例えば河川に限らず海でも良い。

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１〜３に図示したように回転軸部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が側面方向から見て環状（正面視環状）に並設された構成である。

具体的には、回転部１は、水底部12に設置される軸受部13から延設され水平に配される回転軸部３の先端部に回転連結される回転体５を設け、この回転体５の正面部及び背面部夫々に８個ずつ合計１６個のハネ体４が設けられている。

回転体５は、適宜な合成樹脂製（強化プラスチック製）の部材を型成形したものであり、側面方向から見て正面視円形の板状に形成されている。

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。

各ハネ体４は、適宜な合成樹脂製（強化プラスチック製）の部材を型成形したものであり、側面方向から見た正面視Ｌ字形の板状に形成されている。

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角部４ａ（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）における回転軸部３を境界として２分した上下に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下側領域Ｐ２に位置した場合には、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上側領域Ｐ１に位置した場合には、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下側領域Ｐ２に位置したハネ体４と、水流の流速が早く且つ水流の抵抗が大きくなる上側領域Ｐ１に位置したハネ体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、その基端部を軸受部13で回動自在に軸受されている。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、回転体５の周縁部には複数の歯部５ａが等間隔を介して並設されている。

この歯部５ａは、後述する発電部２から延設される軸部14に連結された歯車体15の歯部15ａと歯合するように設けられている。

尚、軸部14も軸方向が水平となるように軸受部13で回動自在に軸受されている。

発電部２は、図１，２に図示したように軸部14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、軸部14に大径ギア16を設け、この大径ギア16と係合する小径ギア17を各発電機11に設けたものである。

従って、回転部１の回転により軸部14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は地上（川岸）に設置されている。

また、本実施例では、回転体５（回転部１）を側面方向から見た際における回転軸部３を境界として２分した上下に対向する領域のうち、上側領域Ｐ１におけるハネ体４に当接する水流の流速（圧）と、下側領域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、回転体５の下側領域Ｐ２が配され水底部12の下方位置に設けられる凹所９であり、下側領域Ｐ２に位置したハネ体４に当接する水流の流速を、上側領域Ｐ１に位置したハネ体４に当接する水流の流速より遅くなるように設定するものである。

具体的には、図１〜３に図示したように水底（地）をコンクリートで被覆された水底部12の下方所定位置（水底面よりも下方位置）に凹所９が設けられ、この凹所９は水面下に配された回転体５の下側領域Ｐ２の周囲を囲繞するように構成されている。尚、凹所９を設ける水底部12とは、前述したように水底をコンクリートで被覆された部位でも水底そのままの部位でも良く、凹所９は水底を掘削した部位に形成される。

従って、この凹所９により回転体５の下側領域Ｐ２を通過する水流の流速を減少せしめることになる。

また、凹所９の上部開口部９ａは先細り状に形成されており、回転体５（ハネ体４）に可及的に接近状態に設けられ、凹所９内にゴミや土砂などが入り込むことを抑制するように構成されている。

また、本実施例は、前述した流速変更部６の他に流速増加部８も具備している。

この流速増加部８は、図１，３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）で形成された角筒状体であり、上流側端部に水導入口部８ｂが設けられ、下流側端部に水導出口部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が上向きになる状態で凹所９のよりも上流側位置に配設されている。

また、本実施例は、水底部12の所定位置にして凹所９の周囲には、凸条の壁部17が設けられており、この壁部17によりゴミや土砂などの流動物が凹所９内に侵入すること抑制している。

また、本実施例は、水底部12の所定位置にして壁部17の外側には、複数の立設棒状体18が所定間隔を介して並設されており、主に流木などの浮遊流動物が領域内に侵入することを防止する防護柵として構成されている。

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を川岸の地上に設置し、回転部１を河川の水面下に没した状態として回転体５の下側領域Ｐ２を水底部12の凹所９内に配すると共に、この回転部１の水流上流位置に流速増加部８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の上側領域Ｐ１におけるハネ体４に当接する水流の流速と、下側領域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、具体的には、凹所９内に配される下側領域Ｐ２は上側領域Ｐ１に比し水流が当接しない構成であり、つまり、下側領域Ｐ２への水流は遮られて流速が減少する。

この上側領域Ｐ１及び下側領域Ｐ２夫々への水流の流速差により、回転部１は水面下に没した状態であっても回転する。

この回転部１の回転により軸部14が回転し、この軸部14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は水面下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面下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、水面下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体５の下側領域Ｐ２を水底部12の下方位置に設けた凹所９に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を水面下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、水底部12の下方位置に設けた凹所９に回転体５を配する構成であるから、例えば水深の浅い地域であってもより大きな回転体５を使用することができる。

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）は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 上側領域
Ｐ２ 下側領域
１ 回転部
２ 発電部
３ 回転軸部
４ ハネ体
４ａ 角部
５ 回転体
６ 流速変更部
８ 流速増加部
８ａ 水流絞り部
８ｂ 水導入口部
８ｃ 水導出口部
９ 凹所
９ａ 上部開口部
10 ボックス
11 発電機
12 水底部

Claims (10)

1. 水面下に没して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、水平に配される回転軸部と、この回転軸部に直交状態で設けられる回転体とを有し、この回転体の所定位置には水流を受けて該回転体を回転させる複数のハネ体が側面方向から見て環状に配された構成であり、更に、前記回転体の上側領域に位置した前記ハネ体に当接する水流の流速と、下側領域に位置した前記ハネ体に当接する水流の流速とを異ならしめる下記構成の流速変更部が設けられていることを特徴とする水力発電装置。
   記
   前記流速変更部は、前記回転体の下側領域が配され且つ水底部の下方位置に設けられる凹所である。
2. 請求項１記載の水力発電装置において、前記流速変更部は、前記下側領域に位置した前記ハネ体に当接する水流の流速を、前記上側領域に位置した前記ハネ体に当接する水流の流速より遅くなるように設定するものであることを特徴とする水力発電装置。
3. 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、前記上側領域と前記下側領域とは前記回動軸部を境界とした上側領域及び下側領域であることを特徴とする水力発電装置。
4. 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、前記ハネ体は前記回転体の側面所定位置に設けられていることを特徴とする水力発電装置。
5. 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、前記凹所は、先細り状の上部開口部を有する凹所であることを特徴とする水力発電装置。
6. 請求項１〜５いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記凹所は前記回転体の周囲を囲繞する構成であることを特徴とする水力発電装置。
7. 請求項１〜６いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記上側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が設けられていることを特徴とする水力発電装置。
8. 請求項７記載の水力発電装置において、前記流速増加部は、上流側端部に水導入口部が設けられ、下流側端部に水導出口部が設けられた筒状体であり、この筒状体の内孔径は下流側程径小となるように構成されていることを特徴とする水力発電装置。
9. 請求項１〜８いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記ハネ体は板体をＬ字形状に連設したものであり、角部が回転方向へ向くように配されていることを特徴とする水力発電装置。
10. 請求項１〜９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。

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