JPS5879677A

JPS5879677A - 水車発電装置

Info

Publication number: JPS5879677A
Application number: JP56176842A
Authority: JP
Inventors: Akemasa Otsubo; 大坪　明正
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-04
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1983-05-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、水車発電装置に関するものでありて、一層
詳細には、低落差乃至小流量の河川、用水路における水
力エネルギーを有効に活用することのできる小規模の水
車発電装置に関するものである。

周知のように１我国は山岳地形が多くまた年間を通じて
の降雨量に富んでいるため、水資源の利用として水力発
電が他国に比べて広く普及している。しかしこの種の水
力発電は、渓谷にダムを構業し導管を流れる水の落差を
利用するものであって、極めて大規模なものになること
社云うまでもない０しかしながら、このように大規模な
ダムを建設する程度には到らない低落差乃至小流量の河
川や用水路も、我々の生活環境の周囲には数多くあるの
が現状であるが、これらの河川や用水路が潜在的に有し
ている厖大な水力エネルギーは、何等有効に活用される
ことなく無駄に放出されているのが実情である。省資源
・省エネルギーが叫ばれている現在において、このよう
に厖大な水力エネルギーが全く活用されていないのは、
国家的見地からしても極めて憂慮すべき事態であると云
わなければならない。そして最近は、ダムを建設する程
度に到らない低落差の河川であっても、有効に水力発電
を行い得るよう、水車の羽根形状等に工夫をζらした小
型の水力発電機が製作される気運にある０しかしこの種
の水力発電機は、小型とはいっても依然相当の流量・落
差のある河川を必要とするものであシ、この規模よ秒以
下の河川では従来本格的な水力発電はなし得なかった。

発明者は、身近の環境に小規模の河川や用水路があるこ
と及び前述した事情に鑑み、これら従来活用されること
なく放出されていた水力エネルギーを有効に活用して発
電を行うべく鋭意思索を重ねた結果、本発明に係る水車
発電装置を案出するに到ったものである０すなわち、一
般に水力発電と云えば、規模の大小の差異はあっても、
水車によって発電機を継続的に回転させて水力エネルギ
ーを電力エネルギーに変換するものであるから、河川、
用水路を流れる水のエネルギーはこの発電機を回転させ
るに充分なものでなければならない。

しかし先に述べたように小規模の河川、用水路で祉、大
きな回転抵抗を有する発電機を継続して圓とが多い（自
転車のダイナモ程度のものを回転させるのならば話は別
であるが、本発明で社これよシ容量の大きい発電機を使
用するものである）。

そこで発明者は、比較的小さな水力エネルギーであって
もこれをしかるべき動力変換機構において機械的動力に
変換・蓄積し、次いでこの蓄積増大されたエネルギーを
一挙に放出して発電機を回転させ、発生した電力をバッ
チＩＪ−に充電した後必要に応じて使用するように構成
すればよいことに想到した。

従って本発明に係る水車発電装置は、水車と減速機と電
磁クラッチとゼンマイバネと発電機とがらな９、水車の
回転軸を減速機の入力軸に接続すると共に前記減速機の
出力軸を電磁クラッチを介してゼンマイバネの巻上端部
に保合離脱自在に接続し、更に前記ゼンマイバネの巻上
端部を電磁、クラッチを介して発電機の回転軸に保合離
脱自在に接続することを特徴とする。

この場合、ゼンマイバネの巻上端部に摺動軸を軸方向へ
の摺動自在Ｋｌｉ続し、前記摺動軸を電磁クラッチの作
用下に減速機の出力軸又は発電機の回転軸に切換接続す
るよう構成すれば好適である。

次に、本発明に係る水車発電装置につき、好適な実施例
を挙げて添付図面を参照しながら以下詳細に説明する・第１図乃至第２図は、本発明に係る水車発電装置の概略
構成を示すものであって、この装置は水車１０と、減速
機１２と、電磁クラッチ１４と、ゼンマイバネ１６と、
発電機１８とから基本的Ｋ、構成される。すなわち本発
明に使用する水車ｌＯは、第１図に示すように河川、そ
の他用水路における水の流れ（図中矢印で示す）方向に
配置可能な螺旋状羽根２０を回転軸２２に備えた所謂ス
パイラル水車からなり、この水車回転軸２２は防水密閉
ケース２４の一端部に設けた水密軸受２６を介して、前
記密閉ケース２４中に配設した減速機１２の入力軸に接
続している。この減速機１２Ｆｉ、前記水車１００回転
力を減速増強して後述するゼンマイバネ１６に伝達する
ためのものであって、その入力軸と出力軸２８（第３図
参照）とが軸方向に整列するという理由から遊星減速機
構の使用が、推奨されるが、必ずしもこれに限定される
ものではなく、その他の減速機構も適宜の減速比で使用
し得るものである。

また前記密閉ケース２４の中には、所謂ゼンマイバネ１
６が巻付は及び巻戻し自在に配設され、かつ第５図に示
すように前記ゼンマイバネ１６の外側端部°は密閉ケー
ス２４の内壁部に固定されると共に内側端部は電磁クラ
ッチ１４の摺動軸３０に摺動自在に係着されている。こ
のゼンマイバネ１６の形状乃至機能自体は、基本的には
在来のものと大きく異るものではない。しかしながら、
近時の新材料の出現及び新酸形技術の発展にょシ、ゼン
マイバネの能力は旧来のものに比べて飛躍的に向上し、
多くのエネルギーを蓄積すると共にその蓄えられたエネ
ルギーを一挙に解放し得る有力な動力源となっておシ、
本発明に係る水車発電装置でもこのような最近の新しい
強靭材料及び圧延処理技術を駆使して得られたゼンマイ
バネを使用することによって実現が可能となった０殊に
、荷重とは反対方向の圧縮応力を予め加えてバネに永久
歪を起こさせておくプレストレス（予備歪）技法によシ
、このゼンマイバネ１６を形成しておくことが重要でア
ク、これによって従来のゼンマイバネに比して４０〜１
０〇−近く多いエネルギーの蓄積が出来るものである。

前記摺動軸３０は、第３図及び第４図に示すように電磁
クラッチ１４の切換作用下に軸線方向（矢印で示す）に
摺動し、前記減速１１１１２の出力軸２８と接続したり
（第３図）、発電機１８の回転軸３２と接続したり（第
４図）して、ゼンマイバネ１６の巻上は及び巻戻しによ
る動力の伝達会切放しを自在に行うように構成しである
。すなわち、電磁クラッチ１４が減速機１２の駆動側を
九は発電機１８の従動側の伺れかに摺動軸３０を電磁吸
引することにより、ゼンマイバネ１６の巻上げと、この
ゼンマイバネし瑯め巻戻しによる発電機１８の強制回転
とを選択的に行うことが可能である。なお、図示のよう
に密閉ケース２４に収納側れで４、適宜の仕様、定格の
ものが選択的に使用されるが、限られた落差・流量の河
川で使用することを考躍に入れると、なるべく軽負荷で
回転する低電圧型（例えば２４ｖ）の発電機の使用が推
奨される。低電圧型の直流発電機または交流発電機を使
用する場合は、第２図に示すように河川その他用水路の
外方に設置したバッテリー３４に発電電力を充電するよ
うにしておくのが好ましい。

なお、参照符号３６は整流器を示し、これによって交流
発電機を使用した場合の起生交流電圧を直流電圧に変換
して、前記バッテリー３４に充電する。また、バッテリ
ー３４に蓄電された電圧は直流６ｖ〜２４Ｖ程度の低電
圧のものであるので、交流１００Ｖ機器を家庭内等で使
用する場合にはコンバーター（図示せず）を使用して直
流低電圧を交流１ｏｏｖに昇圧変換するようにすればよ
い。

次に１このように構成□した本発明に係る水車発電装置
の作用及び効果につき説明する。第１図及び第２図に示
すように、本発明に係る水車発電装置を、河川その他用
水路中においてその流れ方向に好ましくは複数基直列に
浸漬配置する。図示の実施例では、緩傾斜の用水路３８
中においてコーン状の取水口４０を設け、この取水口４
０中に前記、スパイラル水車１０を軸線方向に整列させ
て回転自在に配置し、その後方に防水密閉ケース２４が
用水路３８中に全部浸漬されるようにして設置する０な
お、発電機１８からの電気導線４２は完全防水処理が施
されており、用水路３８の外方に設けたバッテリー３４
に結線されている。従って、用水路３８中を水が流れる
ことによりスパイラル水車ｌＯが回転し、この回転力は
減速機１２において減速されると共にゼンマイバネ１６
を巻上げるに充分な力に増強される。このとき電磁クラ
ッチ１４は、第１図及び第３図に示すようにゼンマイバ
ネ１６の摺動軸３０を減速機１２の出力軸２８と強固に
接続しているので、ゼンマイバネ１６は充分のトルクを
持って巻上げられる。水力エネルギーによるゼンマイバ
ネ１６の巻上けが完了すると、これを適宜のセンナ（図
示せず）によって検出し、電磁クラッチ１４に切換信号
を発信する０これにより摺動軸３０は、第４図に示すよ
うに発電機１８の回転軸３２に切換接続されて、ゼンマ
イバネ１６に機械的エネルギーとして変換蓄積された水
力エネルギーをバネの巻戻し作用下に一挙に放出し、前
記発電機１Ｂを回転させて発電を行う０この発電された
電力は、先に述べたようにバッテリー３４に充電されて
、適宜その用途に応じて使用される。なお、電磁クラッ
チ１４０作用によシ摺動軸３０が、第３図の状態から第
４図の状態に切換えられて移行するときは、摺動軸３０
に内設したセルフロック機構が作動し、ゼンマイバネ１
６が直ちに１巻戻しを開始しないように配慮しであるこ
とは勿論で＃）シ、このようなセルフロック機構は公知
の手段であるので詳述しない０すなわち、摺動軸３０は
第４図の状態に確実に移行を完了し、摺動軸３０と発電
機１８の回転軸３２との接続が完全になされて後始めて
セルフロック機構が解放されるようになっている。ゼン
マイバネ１６の巻戻しが終了し、蓄積されていた機械的
工ネルギーが放出され尽すと、ゼンマイバネ１６のその
状態を前記センサ（図示せず）Ｋよ抄検出１゜て電磁ク
ラッチ１４を逆作動させ、これによって摺動軸３０は再
び第１図に示す状態に復帰し、再度水力エネルギーの蓄
積を開始し、以下このサイクルを反復する０このように
本発明に係る装置では、発電機１８は常に回転している
訳ではなく、ゼンマイバネ１６に接続したときのみ回転
する間歇作動を行つている仁とＫなる０従って、第２図
に示すように用水路３８中に複数基の発電装置を設置し
、かつ各発電機の作動サイクルを少しずつずらしておく
ことにより、バッテリー３４には常に継続して充電が行
われるので好適である。

このように本発明に係る水車発電装置によれば、水車の
回転力を減速機を介して減速増強することＫよりゼンマ
イバネを巻上けるに充分なトルクとし、これＫよってゼ
ンマイバネを巻上げて水力エネルギーを機械的エネルギ
〒に変換蓄積し、次いで前記ゼンマイバネに蓄積された
エネルギーをクラッチを介して一挙に放出することによ
り発電機を回転させて発電するよう構成したので、落差
や水量が金紗ない河川や用水路で簡単に使用することが
でき、従来有効活用されることなく放出されていた水力
エネルギーを有益に活用し得て、省資源、省エネルギー
に大きく寄与するものである。

以上本発明に係る水車発電装置につき、好適な実施例を
挙げて説明したが、本発明はこの実施例に限定されるも
のではなく、発明の精神の範囲内で多くの改良変更をな
し得るものである。例えば、実施例では水車として所謂
スパイラル水車を使用したが、その他水力エネルギーを
有効に回収し得る水車であれば、種々の水車が好適に使
用されること勿論である。また、水車だけを河川、用水
路の流れ中４に浸漬し、ベルト駆動等により発電機を回
転させてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水車発電装置を用水路中に配設し
た状態を横断面で示す概略平面図、第２図社本発明装置
を２基傾斜のある用水路に直列に配設した状態を縦断面
で示す概略側面図、第３図及び第４図は夫々本発明装置
に使用する電磁クラッチの作動説明図、第５図はゼンマ
イバネの取付状態を示す説明図である。１０・・・水　車　　　　１２・・・減速機１４・・・
電磁クラッチ　１６・・・ゼンマイバネ１８・・・発電
機　　　　２０・・・螺旋状羽根２２・・・回転軸　　
　　　２４・・・防水書閉ケース２６・・・水密軸受　
　　２８・・・出力軸３０・・・摺動軸　　　　３２・
・・回転軸３４・・・バッテリー３６・・・整流器３８
・・・用水路　　　　４０・・・取水口４２・・・電気
導線特許出願人　　　大坪明正篤３１２１Ａ４［Ｚ１２　　　１４　　　　　　　　　　　１４１！！＋５
１１２）４１′

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　水車と減速機と電磁クラッチとゼンマイバネ
と発電機とからなり、水車の回転軸を減速機の入力軸に
接続すると共に前記減速機の出力軸を電磁クラッチを介
してゼンマイバネの巻上端部に保合離脱自在に接続し、
更に前記ゼンマイバネの巻上端部を電磁クラッチを介し
て発電機の回転軸に保合離脱自在に接続することを特徴
とする水車発電装置。
（２）ゼンマイバネの巻上端部に摺動軸を軸方向への摺
動自在に接続し、前記摺動軸を電磁クラッチの作用下に
減速機の出力軸又は発電機の回転軸に切換接続するよう
構成される特許請求の範囲第１項記軟の水車発電装置◇