(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機（１）に連結すると共に水力で回転する竪型水車（２）の水平回転駆動軸（３）に、前記竪型水車（２）の両側各々に放射状に等回転角度間隔で設けた支持アーム（１０１）を介して真円の縦型フライホイール（１００）を平行に装着し、円心を前記水平回転駆動軸（３）の軸心（３ｃ）から水平方向に偏位させ前記フライホイール（１００）の径より小さい径の真円の一対の縦型のリング軌条（２００−１，２００−２）を、前記フライホイール（１００）の両側面に対面して配置固定し、前記フライホイール（１００）の放射状の各支持アーム（１０１）には錘部（２０２）を有するハズミ錘（４００）を当該支持アーム（１０１）に沿って摺動自在に装着し、前記ハズミ錘（４００）には前記リング軌条（２００−１，２００−２）に走行自在に係合して前記ハズミ錘（４００）の錘部（２０２）を前記フライホイール（１００）の円内で且つ前記リング軌条（２００−１，２００−２）の円外側に位置させて案内するロールガイド機構（３００）を備え、前記竪型水車（２）の上流には当該竪型水車（２）への給水管（２−１）に連通する貯水タンク機構（５００）を設けると共に下流には当該竪型水車（２）からの排水管（２−４）に排水用の開閉弁（７００）を設けると共に上記貯水タンク機構（５００）に供給する揚水ポンプ機構（６００）を設け、前記貯水タンク機構（５００）と揚水ポンプ機構（６００）の操作電力を、当該水力発電装置の周囲に設けた太陽光発電パネル（ＧＰ）からの電力及び／又は前記発電機（１）からの余剰電力とすることを特徴とする水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、水力、を駆動源にして効率よく発電する簡易で堅牢な水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】発電装置は、従来公知のものとして大別して風力発電装置、蒸気力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、太陽光発電装置など大掛かりな様々な発電装置が開発されている。
近年、地球温暖化問題が表面化し、二酸化炭素排出規制が声高に叫ばれている。この対策とするクリーンエネルギー技術として、前記の太陽光電池、風力発電等が注目され開発され現在稼動しているが、コスト及びメンテナンス等の問題でなかなか普及していないのが現状である。
そこで最近、水力、風力、波力などの自然エネルギー源を利用して効率よく発電する簡易な発電装置が各種開発されている。
中でも自然エネルギーを駆動源にして回転する回転駆動軸に、地球上の重力を活用した回転モーメント付与機構を付設したものがある。【０００３】回転モーメント付与機構は水平状態にした回転駆動軸に付与するもので、円心を回転駆動軸の軸心から水平方向に偏心させた真円の一対の縦型のリング軌条を設置し、縦型リング軌条の間において、回転駆動軸に放射状に接続した複数の旋回シャフトを介して錘を設け、この錘をリング軌条に沿って偏心回転させて、回転駆動軸に回転モーメントを付与するものである。しかしこの装置は、複雑で高額な製造費用を要するものであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】本発明は、自然エネルギー源として水力で回転する竪型水車を中央部に配置し、竪型水車の両側部各々にフライホイールで支持したハズミ（弾み）錘を小径の縦型のリング軌条によりコンパクトにしてガイド抵抗を減少させるとともに、リング軌条の円外側でハズミ錘の大部分を偏心回転させて、水平回転駆動軸に強い回転モーメンとを順次安定して加えて水平回転駆動軸の軸力を増大させ、フライホイールの回転速度を安全有利に高速域に設定して発電効率を格段に高める水力発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】上記課題を満足させる本発明の水力発電装置における主な技術構成は、図面に示す実施例と共に示すと次の（１）の通りである。【０００６】（１）、発電機１に連結すると共に水力で回転する竪型水車２の水平回転駆動軸３に、前記竪型水車２の両側各々に放射状に等回転角度間隔で設けた支持アーム１０１を介して真円の縦型フライホイール１００を平行に装着し、円心を前記水平回転駆動軸３の軸心３ｃから水平方向に偏位させ前記フライホイール１００の径より小さい径の真円の一対の縦型のリング軌条２００−１，２００−２を、前記フライホイール１００の両側面に対面して配置固定し、前記フライホイール１００の放射状の各支持アーム１０１にはハズミ錘４００を当該支持アーム１０１に沿って摺動自在に装着し、前記ハズミ錘４００には前記リング軌条に２００−１，２００−２走行自在に係合して前記ハズミ錘４００を前記フライホイール１００の円内で且つ前記リング軌条２００−１，２００−２の円外に位置させて案内するロールガイド機構３００を備え、前記竪型水車２の上流には当該竪型水車２への給水管２−１に連通する貯水タンク機構５００を設けると共に下流には当該竪型水車２からの排水管２−４に排水用の開閉弁７００を設けると共に上記貯水タンク機構５００に供給する揚水ポンプ機構６００を設け、前記貯水タンク機構５００と揚水ポンプ機構６００の操作電力を、当該水力発電装置の周囲に設けた太陽光発電パネルＧＰからの電力及び／又は前記発電機１からの余剰電力とすることを特徴とする水力発電装置。【０００７】
【発明の効果】
【０００８】本発明の水力発電装置は、自然エネルギー源として水力で回転する竪型水車を中央部に配置し、竪型水車の両側部各々に竪型フライホイールで支持したハズミ（弾み）錘を小径の縦型のリング軌条によりコンパクトにしてリング軌条の錘部の偏心回転の際のガイド抵抗を減少させ且つ竪型フライホイールの回転速度を安全有利に高速域に設定することが出来るとともに、竪型のリング軌条の円外側でハズミ錘を偏心回転させて、水平回転駆動軸に強い回転モーメントを順次安定して加えて水平回転駆動軸の軸力を増大させて発電効率を格段に高める。
またハズミ（弾み）錘をロールガイド機構を介して偏心ガイドする縦型のリング軌条は、ハズミ錘を外側に位置させてガイドするので半径を縮小したコンパクトで堅牢な構造体にすることが可能になり、以って製造費用も廉価な簡単な堅牢構造にしたものである。
また、前記竪型水車２の上流には当該竪型水車２に給水する貯水タンク機構を設けると共に下流には当該竪型水車２からの排水をそのまま系外に排水する機能と、上記貯水タンク機構に供給する揚水ポンプ機構を設け、前記貯水タンク機構と揚水ポンプ機構の操作電力を、当該水力発電装置の周囲に設けた太陽光発電パネルがらの電力及び／又は前記発電機１からの余剰電力とするとするため、竪型水車の駆動力とハズミ錘の偏心回転モーメントで発電する電力は、電力ロスを極小にして高効率の発電効果を得ることができる。また前記貯水タンク機構への給水源を、通常、河川又は池又は農業用水路にし、非常用に揚水ポンプ機構を稼働させることを可能にし、これにより悪天候による太陽光発電パネルからの電力不足などを補完することができるなど、竪型水車２による安定した高い発電効果を得るものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例の全体構成を示す縦断面説明図である。
【図２】本発明の実施例１の要部の縦断面説明図である。
【図３】図２の矢視Ａ−ＡとＢ−Ｂからの側断面説明図である。
【図４】図２の矢視Ｃ−ＣとＥ−Ｅから見た側面説明図である。
【図５】図２の矢視Ｅ−Ｅからの側断面説明図である。
【図６】本発明の実施例２の全体システム構成を示す斜視説明図である。
【図７】図６に示す竪型水車２の両側に配置の二重ドーナツ盤１００−１、１００−２の縦型フライホイール１００と、各縦型フライホイール１００の両側に平行に設けた縦型のリング軌条２００−１，２００−２と、縦型フライホイール１００に支持されロールガイド機構３００を介して偏心回転するハズミ錘４００と、スタンドを示す縦断面説明図である。
【図８】図７の矢視Ｆ−Ｆからの側面図（右半分）であり、左半分は側断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  発明を実施するための形態を実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】本発明の水力発電装置の実施例１を図１〜図５と共に詳細に説明する。
図１〜図５において、本実施例１の水力発電装置は、水力で回転する竪型水車２と、前記竪型水車２の上流には、通常、河川又は池や農業用水路から受水し当該竪型水車２に給水する貯水タンク機構５００と、下流の排水管２−４には当該竪型水車２からの排水を通常系外に排出する開閉弁７００を設けると共に、竪型水車２からの排水を非常用に上記貯水タンク機構５００に供給する揚水ポンプ機構６００とを設け、前記貯水タンク機構５００と揚水ポンプ機構６００の操作電力を主に、周囲に設けた例えば貯水タンク機構５００の直上方に展開設置した太陽光発電パネルＧＰからの電力とする。
前記貯水タンク機構５００への補給水源を、河川又は池又は農業用水路にする。
貯水タンク機構５００は貯水タンク５０１と受水管２−１に調整弁５０２を有し、揚水ポンプ機構６００は排水管２−４にポンプ６０１と調整弁６０２を介して貯水タンク５０１に連通する揚水管６０３を有する。
開閉弁７００、調整弁５０２と調整弁６０２及びポンプ６０１の連携操作は、貯水タンク５０１の水量レベル変動状態及び／又は竪型水車２の設定回転速度との関係で制御器ＣＯ２により適正に制御される。【００１１】前記竪型水車２の水平回転駆動軸３に減速機又は増速機１Ａを介して連結した発電機１と、前記竪型水車２の両側各々において水車２に対して平行に設けた真円の縦型フライホイール１００と、各縦型フライホイール１００の両側に当該縦型フライホイール１００に対して平行に設けた真円の一対の縦型のリング軌条２００−１，２００−２と、縦型フライホイール１００に支持されロールガイド機構３００を介して一対の縦型のリング軌条２００−１，２００−２により水平回転駆動軸３の回転中心に対して偏心回転するハズミ錘４００とからなる。【００１２】竪型水車２は、木製、ＳＵＳ等の金属製、合成樹脂製等にして、ハウジングＨ内に設けられ、梁Ｈ１に装着した軸受Ｈ２、Ｈ３で水平回転駆動軸３を回転自在に支持し、ハウジングＨ内に導入した頂部位置の受水管２−１からの用水を溝部２−２に配置の水受羽根２−３に受水して回転する。受水管２−１からから下端部位置の排水管２−４に亘る水路形成カバー２−５により覆って水漏れを防止している。溝部２−２の両端縁と水路形成カバー２−５の両側縁部とは回転自在にシール係合させてある。これで竪型水車２は、貯水タンク機構５００の受水管２−１からの落流給水により円滑に効率よく回転駆動される。水受羽根２−３は先端に低い堰等を設け、更に反回転方向に傾斜させて、下降回転中の保水能力を高めてある。【００１３】図１に示すように、ハウジングＨの屋根Ｈ４には、補助電源用の太陽光発電パネルＧＰが配置され、蓄電装置Ｂに充電する。
太陽光発電パネルＧＰは、太陽光があたると原子から「＋」発生して集まり「＋」の電極となる「Ｐ型半導体」と、「−」が集まり「−」の電極となる「Ｎ型半導体」を用い、これらの電極に電線をつないで、電気を取り出すことができる所謂太陽電池等を用いる。
太陽光発電パネルＧＰの太陽電池は、半導体の原料として単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン（ＳｉＧｅ．Ｓｉｃ）、単結晶化合物（ＧａＡｓ系）、多結晶化合物（ＣｂＳ．ＣｄＴｅ．ＣｕＬｎＧａＳｅ２系）等を用いて、積層した多接合型太陽電池、ハウジングＨ内にある程度透過光が確保できるように網目状のセルに薄幕半導体を配置した薄フイルム型太陽電池などを採用する。
その他、一般公知のパネル型の太陽光発電パネルＧＰを採用してもよい。
そして太陽光発電パネルＧＰは、図示していないが電動モータを付設してパネル長軸を中心に東側から西側に９０度転回可能にし、更に、電動モータを操作して太陽光発電パネルＧＰの受光面を太陽の天動に追従転回させる制御装置を設けて、効率よい太陽光の受光発電を可能にしてある。
太陽光発電パネルＧＰの集合端子ＧＰ１には、接続箱ＧＰ２とパワーコンディショナーＧＰ３と一般周知の蓄電装置ＢとハウジングＨ用分電盤を有する売電・賃電電力量計ＧＰ５を接続させてある。蓄電装置Ｂからは前記のように、非常用に或いは常用に前記貯水タンク機構５００と揚水ポンプ機構６００の操作電源として用いる他に、余剰電力は売電できる他、ハウジングＨ内又はハウジングＨ外にある他の電気機器への電力供給にも有効活用される。【００１４】縦型フライホイール１００は、図１〜図４に示すように、竪型水車２の両側に位置してバランス良く回転作動する。縦型フライホイール１００は、前記水平回転駆動軸３に放射状に等回転角度間隔で設けた支持スライドアーム１０１を介して連結して水平回転駆動軸３の回転により水平回転駆動軸３の軸心を中心に回転する。
また縦型フライホイール１００は、ＳＵＳ製にし、その外周に所定間隔で永久磁石ＰＭを装着して、ホイール頂部近傍に電磁石ＥＭを複数配置して、制御器ＣＯ１により永久磁石ＰＭの位置センサーとの同期連動によりホイール頂部に到来の永久磁石ＰＭを、磁力吸引・反発作用を与えることを切り替える。この制御は初期回転駆動時等の回転駆動力補助として稼働制御させる。電磁石ＥＭへの電力は、上記の蓄電装置Ｂから制御器ＣＯ１を介して給電される。【００１５】各ハズミ錘４００は、当該縦型フライホイール１００の支持スライドアーム１０１に摺動自在に装着すると共にし、連結杆４０３を介して一対の支持アーム３０１に連結し、ロールガイド機構３００と共動する。支持スライドアーム１０１とハズミ錘４００との摺動部の材質は潤滑メタル、プラスチック、硬質シリコン、塩化ビニール等の公知の低摩擦抵抗性の素材で形成したものである。【００１６】各ロールガイド機構３００は、連結杆４０３に連結した一対の前記支持アーム３０１の先端部にガイドロール３０２を回転自在に装着し、ガイドロール３０２を前記リング軌条２００−１，２００−２に走行自在に係合して前記ハズミ錘４００を軌条に沿って案内するものであり、前記ハズミ錘４００を前記フライホイール１００の円内で且つ前記リング軌条２００−１，２００−２の円外に位置させて案内する。ハズミ錘４００はリング軌条２００−１，２００−２の外側で転動するのでリング軌条２００−１，２００−２をコンパクトにすることができガイドロール３０２との回転抵抗を著しく低減しかつ高速回転を可能にし且つ堅牢化を実現する。【００１７】一対の縦型リング軌条２００−１，２００−２は、断面コの字のガイド部２０１を有し、円心２００Ｃを前記水平回転駆動軸３の軸心３Ｃから水平方向に所定量を偏位させ縦型フライホイール１００と平行関係でハウジングの梁Ｈ１に固定支持してある。【００１８】前記竪型フライホイール１００は、回転中心１００Ｃ位置を縦型のリング軌条２００−１，２００−２の円心２００Ｃから水平に反回転方向矢印Ｃ側に偏位させた位置とし、この竪型フライホイール１００の回転により、ハズミ錘４００は竪型のリング軌条２００−１，２００−２に沿って偏心回転して回転駆動軸３の軸心３Ｃに回転モーメントを順次加えて、竪型フライホイール１００に加わる水力エネルギー効率を高めて、回転駆動軸３に連結した発電機１の発電効率を向上させるのでる。
【実施例２】
【００１９】実施例２を図６及び図７に示し、実施例１と機能的に同一の構成部は同一符号を付しその詳細説明は省略する。太陽光発電パネルＧＰは、貯水タンク機構５００の直上方の建屋の屋根に広く展開設置してある。【００２０】実施例２の水力発電装置は、図６〜図８に示す如く、水力で回転する竪型水車２と、前記竪型水車２の上流には、常用として、河川又は池や農業用水路から受水し当該竪型水車２に給水する貯水タンク機構５００と、下流の排水管２−４には当該竪型水車２からの排水を通常系外に排出する開閉弁７００と、竪型水車２からの排水を非常用に或いは常用に上記貯水タンク機構５００に供給する揚水ポンプ機構６００とを設け、更に主に前記貯水タンク機構５００と揚水ポンプ機構６００の操作電力を供給する太陽光発電パネルＧＰとを設け、これらからなるユニットを、単数或いは複数並列配列、或いは複数直列に段配列、更にはこれらを適宜に組み合わせ配列したものである。【００２１】これの配列以外に各ユニットを斜面や多層ビルなどの直列に多段配列してもよい。即ち各ユニットの排水管２−４に次段の受水管２−１又は貯水タンク機構５００を連設することを順次行って落流水力を増大させながらそのエネルギーを余すことなく利用して発電する多段式水力発電を行うことは極めて有効である。
叉各ユニットを並列と直列配列を適宜に組み合わせて、落流水力を増大させながらそのエネルギーを余すことなく利用して発電する多段・並列式水力発電を行うことは極めて有効である。本例の貯水タンク機構５００は貯水タンクを共用してタンク間の水量バランスを確保し液面水位（ヘッド）を安定させてもよい。【００２２】図６〜図８に示す実施例２の水力発電装置において、図７と図８には、図６に示す片側の縦型フライホイール１００を左側から見た側面図８と縦断面図を図７に示す。図７に示す縦型フライホイール１００の両側に平行に設ける縦型のリング軌条は、縦型水車２側の２００−２のみ示し２００−１は省略してあるが、縦型フライホイール１００に支持されロールガイド機構３００を介して偏心回転するハズミ錘４００とを示すコンパクトにレイアウトしたものである。
縦型フライホイール１００は、連結板１００Ｒで二重に連結したホイール側版１００−１、１００−２（右半分は１００−１を示し左半分は１００−１を削除して１００−２側を示す）の間に連結杆４０３用の一対のガイドＧ１，Ｇ２を設け連結杆４０３の先端にハズミ錘４００を連結し後端にロールガイド機構３００を接続し、ロールガイド機構３００の支持アーム３０１を長穴ガイドＮＧにホイール半径方向に移動可能に装着する。
ロールガイド機構３００の支持アーム３０１は、その両側にガイドロール３０２を設け、ガイドロール３０２は、縦型リング軌条２００−１（一方のみ表示）に沿って回転し、ハズミ錘４００を水平回転駆動軸３に対して偏心回転させる。このように本例の縦型フライホイール１００にはロールガイド機構３００とハズミ錘４００がコンパクトに収容され、しかも縦型リング軌条２００−１も最接近状態で薄軽量化して組み合わせたものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】本発明の水力発電装置は、前述した優れた作用効果を呈するものである。このため、自然エネルギー源の水力を利用したクリーンエネルギーとして、メンテナンスフリー発電を手軽に低コストで得る事を実現し、一般家庭は勿論、農業用栽培ハウスへの電力供給や自動車産業や各種電力供給産業に広く普及し業界に広く活用される水力発電装置である。
【符号の説明】
【００２４】Ｈ２、Ｈ３：軸受
Ｈ４：屋根
ＧＰ：太陽光発電パネル
ＧＰ１：集合端子
ＧＰ２：接続箱
ＧＰ３：パワーコンディショナー
ＧＰ５：売電・賃電電力量計
ＰＭ：永久磁石
ＥＭ：電磁石
Ｂ：蓄電装置
ＣＯ１：制御器
ＣＯ２：制御器
Ｃ：回転方向矢印
１：発電機
２：縦型水車
２−１：受水管
２−３：溝部
２−２：水受羽根
２−４：排水管
２−５：水路形成カバー
３：水平回転駆動軸
３Ｃ：軸心
１００：縦型フライホイール
１０１：支持スライドアーム
２００−１：縦型リング軌条
２００−２：縦型リング軌条
３００：ロールガイド機構
３０１：支持アーム
３０２：ガイドロール
４００：ハズミ錘
４０３：連結杆
５００：貯水タンク機構
５０１：調整弁
５０２貯水タンク
６００：揚水ポンプ機構
６０１：揚水ポンプ
６０２：調整弁
６０３：揚水管
【要約】
【課題】自然エネルギー源として水力で回転する竪型水車を中央部に配置し、竪型水車の両側部各々にフライホイールで支持したハズミ（弾み）錘を小径の縦型のリング軌条によりコンパクトにしてガイド抵抗を減少させるとともに、リング軌条の円外側でハズミ錘の大部分を偏心回転させて、水平回転駆動軸に強い回転モーメントを順次安定して加えて水平回転駆動軸の軸力を増大させ、フライホイールの回転速度を安全有利に高速域に設定して発電効率を格段に高める水力発電装置を提供する。
【解決手段】
発電機１に連結すると共に水力で回転する竪型水車２の水平回転駆動軸３に、前記竪型水車２の両側各々に放射状に等回転角度間隔で設けた支持アーム１０１を介して真円の縦型フライホイール１００を平行に装着し、円心を前記水平回転駆動軸３の軸心３ｃから水平方向に偏位させ前記フライホイール１００の径より小さい径の真円の一対の縦型のリング軌条２００−１，２００−２を、前記フライホイール１００の両側面に対面して配置固定し、前記フライホイール１００の放射状の各支持アーム１０１には４ハズミ錘４００を当該支持アーム１０１に沿って摺動自在に装着し、前記ハズミ錘４００には前記リング軌条に２００−１，２００−２走行自在に係合して前記ハズミ錘４００を前記フライホイール１００の円内で且つ前記リング軌条２００−１，２００−２の円外に位置させて案内するロールガイド機構３００を備え、前記竪型水車２の上流には当該竪型水車２への給水管２−１に連通する貯水タンク機構５００を設けると共に下流には当該竪型水車２からの排水管２−４に排水用の開閉弁７００を設けると共に上記貯水タンク機構５００に供給する揚水ポンプ機構６００を設け、前記貯水タンク機構５００と揚水ポンプ機構６００の操作電力を、当該水力発電装置の周囲に設けた太陽光発電パネルＧＰからの電力及び／又は前記発電機１からの余剰電力とすることを特徴とする水力発電装置。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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