JP5559412B1

JP5559412B1 - 浮力式連結水車型発電装置

Info

Publication number: JP5559412B1
Application number: JP2013229049A
Authority: JP
Inventors: 松院泰久長
Original assignee: 長松院泰久
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: JP2015090077A

Abstract

【課題】
海流や大型河川の水流速に応じて水車の規模が自由に製作、運搬設置を可能にする、浮力式連結水車型発電装置を提供できる。
【解決手段】
その構成は水位を自動調整するか又は、浮力を要する両サイド同形の船形タンクを中心にしてシャフトを通し、このシャフトの両端に円形水車２ケを装着、水流れを受ける様それぞれ円形水車の幅づつズラして水車２ケから、同４ケ、同６ケ以上と、円形水車を装着、水車の幅を横長にして、回転力を向上できる作りとした。
【選択図】図1

Description

本願発明は、水力発電機で、その構成は、浮力を要する両サイド同形の船形タンクを中心にして、ベアリングを添えたシャフトを通し、このシャフトの両端に円形水車２ケを装着、水流の上から下へ、シャフトの両端の円形水車の位置を水車の幅づつズラして、水流の上流の円形水車と下流の円形水車とで水流の流れと水圧が重ならないよう配置、円形水車２ケから同４ケ、同６ケ以上と、円形水車を複数装着、水流の一番下流の円形水車の幅を上流水車の幅と同等か、又は２倍以上に横長にして回転力を向上できる作りとし、円形水車のシャフト間は、チェーンで連結し、連結したシャフトの１つに大型チェーンギアか大型プーリーを装着し、その先の発電機側には小型のチェーンギアかプーリを装着し増速して発電機の軸を回転し発電する作りで、水位に順応して水車が回り、連結水車の円形及横幅も自由に設定でき水車の数を複数化しチェーンギア数と増速装置の利用負荷を越える連結水車で、遠隔操作で保守管理を可とし、ランニングコストを抑え、発電機の発電量を大幅に改善できるバランスの良い移動できる構造を特徴とする浮力式連結水車型発電装置に関するものである。

従来から水力発電機としては、ダムや急流を利用した大型水車発電が主流で、更に近年は原子力発電が注目され、大型の水力発電設備は景観破壊がある等で建設されなくなり、水力発電の役割は終えたと思われていた。しかし、２０１１年３月１１日の東日本大震災による原子力発電所の大事故で原子力発電機の新設は困難視されており、自然エネルギー発電で風力、ソーラー、バイオマス、水力、地熱などの発電利用の拡大が求められている。

原子力発電機の事故で、環境破壊と使用済後の処理コスト高が近時急速に問題視され、再度風力と水力の発電が見直されてきたが、これらの自然エネルギーの設置にも、大型化での設置は更なる環境破壊元になるとして、新設には困難な面が多い。

その中で、特に日本は、国土の７２％が山岳で急斜面が多く水力発電に適しており、特に近年は水力発電も小型化して、大型ダムを必要としない程度の地球温暖化防止の為にも自然エネルギーで循環できる小中型水力発電機の開発は急務である。

特に水力発電機で、大型河川で使用できる小型の水力発電機や海流の干満の差の水流速でも発電する中型の水力発電機の開発が必要であるが、全国的に使用される装置の量産ができる本格的な実用機種は少ない。

現在の小型水力発電機は、水田用の水路や小川の小落差を利用した発電量２〜３キロワットの装置が主流であるが、日本は大型河川も多く、又、海洋は日本列島は海に囲まれており、特に瀬戸内海や明石海峡など、海流や潮流に恵まれ、時速ピーク時には１７〜１８キロメートルの流速で海洋発電に適しており、中型の水力発電機の開発が必要である。

大型河川も山岳と四季に恵まれ水量も安定しており、１基５０キロワットから数百キロワットの中型水力発電機が求められている。

特開２００５−３５１１２５特開２００４−５２７３６特開２００８−２６７３６９以上の特許文献は、本願と同人の横長水車装置や小型水車を単体利用した水力発電機が考えられているが、実用的に量産して使用できる水力発電機は少ない。

（イ）海流速は平均時速４Ｋｍから８Ｋｍ大型河川は同６Ｋｍから１２Ｋｍが多く、流速は遅いが、水量と水圧は無限にあり、この水量と水圧をどうすれば発電機で発電を起こす回転力を得られるか、
（ロ）水量と水圧を回転力に変換する方法として水車の利用が最適であるが、どうすれば、水位にも順応して、強力な回転力を得られるか、
（ハ）水力は、燃料不要で水力を利用できるが、豪雨、台風がある中、長期安定利用、又はメンテナンスをどうすれば良いか、
本発明は、このような従来の構造が有していた問題を解決しようとするものであり、効率良く実用性に富む水力発電機の実現する事を目的とするものである。

請求項１の発明は、水力発電機で、その構成は、浮力を要する両サイド同形の船形タンクを中心にして、ベアリングを添えたシャフトを通し、このシャフトの両端に円形水車２ケを装着、水流の上から下へ、シャフトの両端の円形水車の位置を水車の幅づつズラして、水流の上流の円形水車と下流の円形水車とで水流の流れと水圧が重ならないよう配置、円形水車２ケから同４ケ、同６ケ以上と、円形水車を複数装着、水流の一番下流の円形水車の幅を上流水車の幅と同等か、又は２倍以上に横長にして回転力を向上できる作りとし、円形水車のシャフト間は、チェーンで連結し、連結したシャフトの１つに大型チェーンギアか大型プーリーを装着し、その先の発電機側には小型のチェーンギアかプーリを装着し増速して発電機の軸を回転し発電する作りで、水位に順応して水車が回り、連結水車の円形及横幅も自由に設定でき水車の数を複数化しチェーンギア数と増速装置の利用負荷を越える連結水車で、遠隔操作で保守管理を可とし、ランニングコストを抑え、発電機の発電量を大幅に改善できるバランスの良い移動できる構造を特徴とする浮力式連結水車型発電装置を提供するものである。

発明作用は河川や海流の水流速は河川が時速６キロメートルから１２キロメートル海流は時速４キロメートルから８キロメートルと平均すれば遅いスピードで、海流により１７〜１９キロメートルと速い地区もあるが特別な地形に左右され、流速は時速４キロメートル以下も多いが水量の重量は同じであり、水車の羽根のサイズや１基の水車の羽根数を小型で１０枚、大型はそれ以上にする事で水の中に羽根が２．５枚は水没する為、１基の水車の回転力は１枚の羽根の受ける圧力の１．５倍程度の水圧がかかる作用があり更に、水車の数を複数にすることで大幅に回転力が改善でき、その水車の固定には船型タンクを利用する事で水位と水車の位置を河川の水量や、海水の干満の変動にも支障なく連動、安定回転する作用が働いた。

本発明の効果は次の通りである。
（イ）発明効果は、水車１基で、円形の直径や横長の長さにより、水流速、時速４キロメートルから８キロメートルでも大幅に水車軸を回転する力が生じ、この水車を４基、６基と連結増設する作りで驚異的な回転力が得られ、増速機を通じ発電効果が向上した。
（ロ）又、船形タンクを中心に置き、その上に水車を設置する設計で、干満の差に適した作りで河川や海流にも対応できる実用的な水力発電機が出来る効果がある。
以上で、水力発電機の最大のメリット効果は、１回の製作費は必要であるが、燃料不要と維持管理に危険を伴わずメンテナンスにも容易で、今回の発明は水力のエネルギーを増速させる構造で製作費を大幅に上回る水力発電機が提供できる。

浮力式連結水車型発電装置（本発明の実施形態を示す平面図）正面図（以下、上記文言を省略する）左側面図（但し、前面の鉄柱を除く）連結水車軸と発電機連結図

水の流速は平地や海流では遅く、時速４Ｋｍから８Ｋｍ程度で水流速にあわせて、水車の回転も遅く増速機を利用して、３０〜８０倍に回転を早め発電機の軸を回す必要があり、この為、大型河川や海洋では水量は無限にあり水車の大型や水車の数を複数化しても支障はなく、複数台水車から増速機を回して発電機を廻す負荷に十分耐える回転力を有する作りとし、又、特に海洋での利用で海流の干満の差で、船形タンクで両サイド同形とし船形タンクの回転をする事なく、干満、満潮で発電出来る装置とし、又、船形タンクの上に防犯カメラを置き遠隔監視で管理メンテナンスの集中管理とし、ランニングコストを軽減でき、大型発電機として長期安定利用できるバランス良く、台風や水害時には港や、流速に関係のない所に移動、係留できる船形態とした。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本願発明の実施形態を表わす浮力式連結水車型発電装置で、１が船形タンクで２が水車で、１の船形タンクは、左右先が三角形をした設計で、３は船形タンク内の空洞内を表示しているもので、４の矢印は水流の方向を表わし、５は両サイドにあり、１の線形タンクを固定するパイプで６のロープ（又はワイヤー）で係留し、水流が４の方向から流れた場合、向って右の水車２は１の船形タンクの両サイドにありこの水車は、８のシャフトを中心に両端に固定され水車の径と幅も同一で、７のラジアルベアリングの中をシャフト８が貫通され、回転をスムーズにできる。

図１の続きで、９のチェーンは、８のシャフトを図の上から右、中央、左とそれぞれ連結し中央のシャフト８には発電機の回転軸を回すチェーンがあり、１０の発電機で発電する。

図１の続きで右の水車２は船形タンクのすぐ横にあり、中央の水車２は、右の水車の幅より外側にズラして８のシャフトを長くして取り付け、左側の水車２は、右、中央の水車の幅の２倍として、右、中央の水車の回転力の２倍を得るもので、水流が右側４の方向の場合左水車の幅を右、中央の２倍以上して、又、左側からの水流の場合右側の水車の幅を長くし海洋で干満の潮流を利用する場合は、右、中央、左のそれぞれの水車の幅は同じにし、水車の数を偶数で増加して回転力を増し、テストでも水車の位置をズラして取付けた方が水流の流れがウズを巻かずスムーズな流速が確認できた。。

図２は、正面図で、１１は防犯灯（又は警告灯）で１２は５の鉄柱の支柱で補強、１３は安全柵で人や物の転落防止柵で、１４は水車ブレード（羽根）で、枚数は水車の直径の大小で決め、１５は水面を表わし、水位は水車のブレードの厚みと同等にし、水車の半径の長さの外側３分の１から４分の１の水位が水車の回転がスムーズであり、１６は監視カメラで360度回転し遠隔操作が出来る装置を取り付ける。数１,２,５は図１の表記の通りである。

図３は、左側面図であるが右側面図も同じである。１の船形タンクの前後、左、右は同じ作りで、船形の様に先が細く、水の流れを良くし全体の水の抵抗を少なくし、又、水の水車の位置をズラして、水車へ水流が当る様に設計、位置の図柄上水車は大小に表示しているが、水車の直径は同じである。

図４は、連結水車軸と発電機連結図で、１７は発電機ケースで１８は、シャフト８の中央部に固定してある大型のチェーンギアー１９の発電機の小型チェーンギアーに連結し、回転を早める作りで、更に増速機を併用して、発電機の回転軸を３０〜８０倍に増速し、水車の回転に応じて、その増速数を決定し、最適な発電機とする。

図４で、発電機の回転数は電気を使用する時電力に負荷をかけると言うが、増速機を使用して、発電する為には発電に要する回転力の２．５倍程の回転力を要するエネルギーが必要であり水流の流速を先に知り水車の直径、水車の幅、水車の数を決定し水車発電が可能となる。以上により従来からの水車を連結使する事で強力な水車回転力が得られ実用機種が自由に製作できバランスの良い移動ができる水力発電機が普及できる。

本願出願の浮力式連結水車型発電装置は、近時、特に原子力発電の事故により原子力の新設は困難として、発電の多様化が叫ばれ、自然エネルギーの地熱発電、水力発電の必要性が高まっている中で、最適である。
特に水力発電の最大の利点と特徴は、当初の製作設置費用は必要であるが、その後の燃料がまったく必要なく、監視カメラで遠隔集中管理が可能で、薬品や爆発の危険がない事で、その為、河川、海流の幅、水量に応じ、製作、又は設置後の管理費が少ない実用性の高い水力発電機が必要で、特に日本全体が傾斜地で水流速の速い大型河川、海峡が多く、海の干満の差もあり日本での普及が期待できる水力発電機である。

１．浮力を要する船型タンク
２．円形水車
３．タンク空洞部
４．水流方向矢印
５．鉄柱クイ
６．係留ロープ（又はワイヤー）
７．ラジアルベアリング（又はピローブロック）
８．シャフト
９．チェーン（又はタイミングベルト）
１０. 発電機
１１. 標識灯（又は警告灯）
１２. 支柱
１３. 防御柵
１４. 水車羽根（又はブレード）
１５. 水面を表示
１６. 監視カメラ
１７. 発電機ケース
１８. 大型チェーンギア（又はスプロットともいう）
１９. 小型チェーンギア（〃）
２０. 増速機

Claims

水力発電機で、その構成は、浮力を要する両サイド同形の船形タンクを中心にして、ベアリングを添えたシャフトを通し、このシャフトの両端に円形水車２ケを装着、水流の上から下へ、シャフトの両端の円形水車の位置を水車の幅づつズラして、水流の上流の円形水車と下流の円形水車とで水流の流れと水圧が重ならないよう配置、円形水車２ケから同４ケ、同６ケ以上と、円形水車を複数装着、水流の一番下流の円形水車の幅を上流水車の幅と同等か、又は２倍以上に横長にして回転力を向上できる作りとし、円形水車のシャフト間は、チェーンで連結し、連結したシャフトの１つに大型チェーンギアか大型プーリーを装着し、その先の発電機側には小型のチェーンギアかプーリを装着し増速して発電機の軸を回転し発電する作りで、水位に順応して水車が回り、連結水車の円形及横幅も自由に設定でき水車の数を複数化しチェーンギア数と増速装置の利用負荷を越える連結水車で、遠隔操作で保守管理を可とし、ランニングコストを抑え、発電機の発電量を大幅に改善できるバランスの良い移動できる構造を特徴とする浮力式連結水車型発電装置。