(57)【要約】【課題】身近にある水道管等の水流を利用して発電することのできる簡便な発電装置を提供すること。【解決手段】水道管内に配置した固定具により回転自在に支持された回転軸に、水流により回転する羽根を設けてなる水車部と、当該水車部の回転軸の回転を水道管の外へ取り出す出力軸とを備え、当該出力軸に発電機を取付けた発電装置。前記回転軸は、水道管の軸線方向に沿って設けられているのが好ましく、前記羽根は、全体として螺旋状に形成されているのが好ましい。また、前記回転軸の前後中間部が水道管に内接する支持具によって支持しておくのが好ましく、前記回転軸の端部に該回転軸の回転を横方向に変換して水道管の軸線方向と交差する方向の出力軸に伝達するギヤ装置を設けておくのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道管内に配置した固定具により回転自在に支持された回転軸に、水流により回転する羽根を設けてなる水車部と、当該水車部の回転軸の回転を水道管の外へ取り出す出力軸とを備え、当該出力軸に発電機を取付けたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記回転軸が水道管の軸線方向に沿って設けられている請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記羽根は、全体として螺旋状に形成されている請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記回転軸の前後中間部が水道管に内接する支持具によって支持されている請求項１乃至３のいずれかに記載の発電装置。
【請求項５】
前記回転軸の端部に該回転軸の回転を横方向に変換して水道管の軸線方向と交差する方向の出力軸に伝達するギヤ装置が設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道管内部を流れる水流を利用して発電する小規模の発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的発電装置として原子力発電装置、火力発電装置、水力発電装置、風力発電装置等が従来広く採用されてきた。近年、福島原発事故が発生して以来、脱原発が叫ばれるようになり、火力発電や推力発電に対する見直しがなされている。しかしながら、火力発電装置は化石燃料を使用するため燃料費が高く、しかも公害問題が発生するおそれがあり、水力発電にはダムの建設のための莫大な費用がかかるという問題があって、原子力発電を停止した場合の根本的な電力不足の解決には至っていない。
【０００３】
このため、一般家庭においても、太陽光発電等の小規模発電の採用が推奨されるようになっている。このような家庭用の小規模発電には、太陽光以外に、風力や流水等、身近にある自然エネルギーを有効利用することが考えられる。
【０００４】
河川等の流水を利用する装置として、古くから採用されてきたのは、水車により杵を機械的に上下させて脱穀等をおこなう装置である。しかしながら、このような水車は大量の水流が必要であるから、設置場所が限られており、一般家庭等で手軽に利用することはできない。このため、一般家庭における小規模発電の一つとして、身近にある水道管の水流を有効利用することが考えられている。
【０００５】
水道管内の水流を利用して発電する発電装置として、例えば下記特許文献に示すように種々のものが提案されている。このうち、特許文献１に記載されているものは、水流の勢いで羽根車を回転させて発電する発電機と、該発電機で発電された交流を直流に変換するコンバータと、該コンバータによって変換された直流電圧を降圧する降圧回路とを備えたものである。この構成によれば、発電機の巻き線の線径を小さくすることが出来るので、発電機を小型化しコンパクトなものとすることができるとされている。
【０００６】
また、特許文献２に記載されているものは、水道管内の水流を回転力に変える水車と、この回転力を利用して発電する発電機と、蓄電用のキャパシタと、購入電力線からの電力消費を検出する電力消費検出器と、該電力消費があったとき、前記キャパシタから購入電力線に電力を供給するコントローラとを備えた家庭用宮殿装置である。
【０００７】
さらに、特許文献３に記載されているものは、下水道間内を流れる下水を受けて回転する水車と、該水車の回転動力によって発電をおこなう発電機とを備えた発電システムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−７０２９７号公報
【０００９】
【特許文献２】特開２００５−２９２９４１号公報
【００１０】
【特許文献３】特開２００３−２４７４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のとおり、上下水道管の水流を利用して発電しようとする試みは種々なされているが、現在のところ実用的に十分満足できるものは得られていないようである。これは、理論的には優れたものであるとしても、実際に水道管に取付ける構造や取付け方法に問題があるためであろうと思われる。
【００１２】
そこで本発明は、従来広く知られている市販の水道管を利用して、簡単に取付けられ、確実に機能するコンパクトな水道管利用の発電装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、請求項1に記載の本発明に係る発電装置は、水道管内に配置した固定具により回転自在に支持された回転軸に、水流により回転する羽根を設けてなる水車部と、当該水車部の回転軸の回転を水道管の外へ取り出す出力軸とを備え、当該出力軸に発電機を取付けたことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２に記載の発電装置は、請求項１に記載の発電装置であって、前記回転軸が水道管の軸線方向に沿って設けられているものである。つぎに、請求項３に記載のものは、前記羽根が全体として螺旋状に形成されているものであり、請求項４に記載のものは、前記回転軸の前後中間部が水道管に内接する支持具によって支持されているものである。さらに、請求項５に記載のものは、前記回転軸の端部に該回転軸の回転を横方向に変換して水道管の軸線方向と交差する方向の出力軸に伝達するギヤ装置が設けられているものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る発電装置は、水道管内に配置した固定具により回転自在に支持された回転軸に、水流により回転する羽根を設けてなる水車部と、当該水車部の回転軸の回転を水道管の外へ取り出す出力軸とを備え、当該出力軸に発電機を取付けたものであるから、水道管に簡単に取付けることができ、構造的に簡単で、確実な動作が得られるものである。
【００１６】
また、請求項２に記載の発電装置によれば、回転軸が水道管の軸方向に設けられているので、多くの回転羽根を取付けることが出来、しかも水道管に対する取り付けが簡単である。さらに、請求項３に記載のものは、羽根が螺旋状であるから、水道管の軸方向の比較的長い回転軸に取り付けて効果的な動作を得ることができる。つぎに、請求項４に記載のものは、回転軸の前後中間部が水道管に内接する支持具によって支持されているので、中間部のたわみ等を効果的に防止し、円滑な回転を維持できる。また、請求項５に記載のものは、回転軸の端部に該回転軸の回転を横方向に変換して水道管の軸線方向と交差する方向の出力軸に伝達するギヤ装置が設けられているので、水道管の軸方向に沿って配置した回転軸の回転をうまく水道管の外部に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を表す断面図である。
【図２】その螺旋羽根の外観図である。
【図３】上記と異なるプロペラ式羽根の正面図である。
【図４】固定具の例を表す正面図（ａ）と、支持具の例を表す正面図（ｂ）である。
【図５】上記と異なる実施形態における腰部の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態について具体的に説明する。この発電装置１は、図１に示すように、水車部２と発電機３を備え、水道管５に取付けられる。水車部２は、羽根１０が取付けられた回転軸１２と、該回転軸１２の両端部を回転自在かつ前後移動不能に支持する固定具１４と、回転軸１２の前後中間部の適所をたるまないように支持する支持具１５，１５を備えている。回転軸１２は丸棒でもよく、パイプでもよい。
【００１９】
羽根１０は、図２に示すように、回転軸１２の軸方向に沿って設けられた螺旋状の羽根である。この螺旋状の羽根１０は、支持具１５以外の部分が連続する羽根であってもよく、互いに独立した螺旋状の羽根を複数個並べて固定したものでもよい。
【００２０】
つぎに、図３は異なる羽根２０の例を表すもので、この羽根１０はプロペラ式の羽根となっている。羽根はこれらにかぎらず、水流を受けて回転するものならどのような形状のものでもよい。プロペラ式の羽根１０は、単数でもよく、複数個を並べて設けておいてもよい。
【００２１】
回転軸１２を支持する固定具１４は、図４（ａ）に示すように、水道管５に内接する棒状の支持脚１４ａを供え、その中心部に回転軸１２を回転自在に支承する軸受１４ｂが設けられている。支持脚１４ａは、放射状に設けた３本以上でもよく、直経方向に配置した２本だけでもよい。固定具１４は、その端部がネジ１６、溶接等の固定手段によって水道管５の内部に固定されている。着脱可能性の面ではネジで固定するのが好ましい。
【００２２】
支持具１５は、図４（ｂ）に示すように、２本もしくは３本（３本以上でもよい）の支持脚１５ａを供え、その中心部に軸受１５ｂが設けられている。回転軸１２は、この軸受１５ｂに挿通されている。構造的には上記固定具１４と同様であり、水道管５にネジ等で固定しなくてもよい点で相違するだけである。したがって、固定具１４と支持具１５を共通の形状に製作し、使い分けるのが便利である。なお、支持具１５は１個だけでもよいが、例えば長さ６ｍの市販の水道管なら、間隔を置いて２個設けておくのが好ましい。支持具１５自身の数や、支持脚の数が多くなれば水流の邪魔になるので、出来るだけ少ないほうが好ましい。
【００２３】
回転軸１２の端部には回転方向を変換するギヤ装置２２が設けられている。ギヤ装置２２は、例えばベベルギヤを組み合わせたものであり、回転軸１２と交差する方向（図示例では直角方向）の出力軸２５に回転を伝達するようになっている。出力軸２５は、水道管５の肉厚部を貫通して外部に突出しており、この出力軸２５の端部に発電機３のロータが取付けられている。出力軸２５は水密の軸受け等により水道管５に回転自在に支承されている。
【００２４】
図５は、上記と異なる例を表すもので、この例では、水車部２が設けられた水道管５に直角方向に屈曲する水道管５‘が接続されている。そして、この場合は、回転軸１２の回転を直角方向に変換する必要がなく、上記屈曲した水道管５’を貫通して外部に出力されるようになっている。この構造の場合は、回転軸１２の延長部が出力軸２５となっている。この構造だと、ギヤ装置２２が不要であるので、より簡単である。
【００２５】
以上の例では、回転軸１２が水平方向に配置された例が図示されているが、水平方向にかぎらず、水道管の傾斜角度に応じて、どのような角度で配置されていてもよく、場合によって垂直方向に配置されていてもよい。
【００２６】
なお、螺旋状の羽根１０の形状は、流水量や流速等に応じて最も効率のよいものとすればよい。また、複数の羽根を設ける場合は、各羽根の形状・寸法を少しずつ変化させておくこともできる。例えば、上流側の羽根を若干小さく、下流側の羽を大きくしておくことも可能である。
【００２７】
なお、下水道管のように、通常は水道管内に水が充填されず、水道管の下半分以下に水が流れている場合には、上記のような水道管の軸方向に沿う回転軸ではなく、水道管の軸方向と交差する方向の回転軸を設け、この回転軸に通常の水車のような羽根を設けておくことも可能である。この場合は、回転軸を直接水道管の即部に突出させ、発電機に接続することが出来るという利点がある。
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る発電装置は、身近に存在する水道管の水流を利用して手軽に発電することができるもので、一般家庭のみならず、学校等の公共施設や、工場等に設置するに適したものである。
【符号の説明】
【００２９】
１            発電装置
２            水車部
３            発電機
５            水道管
１０          羽根
１２          回転軸
１４          固定具
１５          支持具
２２          ギヤ装置
２５          出力軸
【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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