(57)【要約】【課題】  水中に設置することができる水力発電装置を提供することである。【解決手段】  水密構造に形成され、内部に複数のコイルが配置された円筒形の第１固定軸構造体（１２）と、第１固定軸構造体と所定間隔を隔てて配置され、第１固定軸構造体よりも小径の円筒形の第２固定軸構造体（１４）と、第１固定軸構造体の外周に回転可能に嵌め込まれ、内部に複数の永久磁石が配置された第１回転軸構造体（２０）と、第２固定軸構造体の外周に回転可能に嵌め込まれた第２回転軸構造体（２２）と、第１および第２回転軸構造体に掛け渡される無限軌道構造体（２４）と、無限軌道構造体の進行方向と直交して延びるように無限軌道構造体に所定間隔を隔てて固定された複数の受水板（２６）とを備えていることを特徴とする水力発電装置（１０）が提供される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水密構造に形成され、内部に複数のコイルが配置された円筒形の第１固定軸構造体と、  前記第１固定軸構造体と所定間隔を隔てて配置され、前記第１固定軸構造体よりも小径の円筒形の第２固定軸構造体と、
前記第１固定軸構造体の外周に回転可能に嵌め込まれ、内部に複数の永久磁石が配置された第１回転軸構造体と、
前記第２固定軸構造体の外周に回転可能に嵌め込まれた第２回転軸構造体と、
前記第１および第２回転軸構造体に掛け渡される無限軌道構造体と、
前記無限軌道構造体の進行方向と直交して延びるように前記無限軌道構造体に所定間隔を隔てて固定された複数の受水板とを備え、
前記受水板が、矩形の底面と、前記底面と直交するように前記底面の一端から延びた第１面と、前記底面の他端から前記第１面に向かって緩やかに湾曲するように延びた第２面とを有しており、前記無限軌道構造体の上面では前記第２面が受水面となり、前記無限軌道構造体の下面では前記第１面が受水面となるように、前記無限軌道構造体の外面に固定されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記無限軌道構造体が、履帯又はチェーンであることを特徴とする請求項１に記載された水力発電装置。
【請求項３】
前記第２固定軸構造体が水密構造に形成され、内部に複数のコイルが配置されており、前記第２回転軸構造体の内部に複数の永久磁石が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された水力発電装置。
【請求項４】
上流側に配置され、水中に浮遊する異物を捕捉するための異物捕捉機構をさらに備え、前記異物捕捉機構が、垂直方向に所定間隔隔てて配置された複数枚の板材と、前記板材を連結するための連結部材とを有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された水力発電装置。
【請求項５】
前記無限軌道構造体の上部を被覆するように配置された流線形状の流水抵抗低減カバーをさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、水力発電装置に関する。より詳細には、本発明は、水中に設置することができる水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電は、化石燃料を燃焼させて発電を行う火力発電とは異なり、クリーンな自然エネルギーを使用するという特性を有するため、環境問題が世界的に注目されている近年、再び注目を集め始めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
水力発電装置としては種々の型式のものが知られているが、水中に設置して良好に作動する型式のものは見受けられない。
【０００４】
本発明は、このような現状に鑑みて開発されたものであって、水中に設置することができる小型水力発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願請求項１に記載の水力発電装置は、水密構造に形成され、内部に複数のコイルが配置された円筒形の第１固定軸構造体と、前記第１固定軸構造体と所定間隔を隔てて配置され、前記第１固定軸構造体よりも小径の円筒形の第２固定軸構造体と、前記第１固定軸構造体の外周に回転可能に嵌め込まれ、内部に複数の永久磁石が配置された第１回転軸構造体と、前記第２固定軸構造体の外周に回転可能に嵌め込まれた第２回転軸構造体と、前記第１および第２回転軸構造体に掛け渡される無限軌道構造体と、前記無限軌道構造体の進行方向と直交して延びるように前記無限軌道構造体に所定間隔を隔てて固定された複数の受水板とを備え、前記受水板が、矩形の底面と、前記底面と直交するように前記底面の一端から延びた第１面と、前記底面の他端から前記第１面に向かって緩やかに湾曲するように延びた第２面とを有しており、前記無限軌道構造体の上面では前記第２面が受水面となり、前記無限軌道構造体の下面では前記第１面が受水面となるように、前記無限軌道構造体の外面に固定されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本願請求項２に記載の水力発電装置は、前記請求項１の装置において、前記無限軌道構造体が、履帯又はチェーンであることを特徴とするものである。
【０００７】
本願請求項３に記載の水力発電装置は、前記請求項１又は２の装置において、前記第２固定軸構造体が水密構造に形成され、内部に複数のコイルが配置されており、前記第２回転軸構造体の内部に複数の永久磁石が配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項４に記載の水力発電装置は、前記請求項１から３までのいずれか１項の装置において、上流側に配置され、水中に浮遊する異物を捕捉するための異物捕捉機構をさらに備え、前記異物捕捉機構が、垂直方向に所定間隔隔てて配置された複数枚の板材と、前記板材を連結するための連結部材とを有することを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項５に記載の水力発電装置は、前記請求項１から３までのいずれか１項の装置において、前記無限軌道構造体の上部を被覆するように配置された流線形状の流水抵抗低減カバーをさらに備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水力発電装置によれば、コイルが収納される固定軸構造体が水密構造に形成されているので、水中に設置してもショートすることなく安全に使用することができる。また、本発明の水力発電装置は水中に設置して使用されるので、寒冷地での使用においても装置の全体又は一部が凍結して作動不能になるおそれが減少する。本発明の水力発電装置の受水板は、無限軌道構造体の上面では水流の抵抗を低減するように、無限軌道構造体の下面では水流を効率的に受けるように構成されているので、良好な発電効率を得ることができる。また、異物捕捉機構を設けることにより、受水板に異物が引っ掛かることがなくなるとともに、水流を整流状態にして水力発電装置に差し向けることができるので、無限軌道構造体の回転移動を円滑に実施して、発電効率を高めることができる。さらに、流水抵抗低減カバーを設けることにより、無限軌道構造体の回転移動を円滑に実施して、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る水力発電装置の全体斜視図である。
【図２】図１の水力発電装置の分解斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の水力発電装置の正面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の水力発電装置の変形形態を示した正面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の線３ｃ−３ｃに沿った断面図、図３（ｄ）は、図３（ａ）の部分３ｄの拡大図、図３（ｅ）は、受水板の斜視図である。
【図４】第１固定軸構造体及び第１回転軸構造体を示した図である。
【図５】図１の水力発電装置の変形形態を示した全体斜視図である。
【図６】図１の水力発電装置の作動状態を例示した図である。
【図７】図１の水力発電装置の受水板の変形形態を示した図である。
【図８】図８（ａ）は、異物捕捉機構が配置された水力発電装置を示した側面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の線８ｂ−８ｂに沿って見た平面図である。
【図９】図９（ａ）は、流水抵抗低減カバーが配置された水力発電装置を示した側面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の線９ｂ−９ｂに沿って見た平面図、図９（ｃ）は、図９（ｂ）の線９ｃ−９ｃに沿って見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る水力発電装置について詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る水力発電装置の全体斜視図、図２は、図１の水力発電装置の分解斜視図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る水力発電装置は、所定間隔を隔てて配置された第１固定軸構造体１２および第２固定軸構造体１４と、各固定軸構造体１２、１４を連結するための連結部材１６とを備えている。第１固定軸構造体１２および第２固定軸構造体１４は両方とも、円筒形の形状を有しており、第１固定軸構造体１２の径は、第２固定軸構造体１４の径よりも大きい。
【００１３】
第１固定軸構造体１２の内部には、図４に最も明瞭に示されるように、複数のコイル１２ａが配置されている。第１固定軸構造体１２は、内部に水が入らないように、水密構造に形成されている。
【００１４】
コイル１２ａには、リード線１２ａ１、１２ａ２が接続されており、リード線１２ａ１、１２ａ２は、連結部材１６中を通り、整流回路（図示せず）を介して、蓄電部１８の端子に接続されている。この実施形態では、整流回路及び蓄電部１８を設けるように構成されているが、これらは必要に応じて設ければよい。なお、この実施形態では、連結部材１６及び蓄電部１８も水密構造に形成されている。
【００１５】
水力発電装置１０はまた、第１固定軸構造体１２の外周に回転可能に嵌め込まれた第１回転軸構造体２０と、第２固定軸構造体１４の外周に回転可能に嵌め込まれた第２回転軸構造体２２とを備えている。第１および第２回転軸構造体２０、２２はそれぞれ、リング状の形状を有しており、第１回転軸構造体２０内部には、複数の永久磁石２０ａ（図４参照）が配置されている。
【００１６】
好ましくは、第１および第２回転軸構造体２０、２２が第１および第２固定軸構造体１２、１４の外周上をそれぞれ円滑に回転するように、各固定軸構造体１２、１４の外周に突起１２ｂ、１４ｂがそれぞれ設けられ、第１回転軸構造体２０の対応する箇所に相補する溝２０ｂ（図３（ｃ）参照）が設けられている（図示されていないが、第２回転軸構造体２２の対応する箇所にも、同様に相補する溝が設けられている）。これにより、各回転軸構造体２０、２２が各固定軸構造体１２、１４の突起１２ｂ、１４ｂに沿って回転するので、各回転軸構造体２０、２２が脱落する等のおそれがなくなる。上述のような構成の代わりに、各固定軸構造体１２、１４の外周に溝を設け、各回転軸構造体２０、２２の対応する箇所に相補する突起を設けてもよい。なお、図３（ｃ）においては、図面の簡単化のため、突起１２ｂおよび溝２０ｂ以外の第１固定軸構造体１２および第１回転軸構造体２０の内部構造の部分は省略されている。
【００１７】
なお、各回転軸構造体２０、２２の内周が各固定軸構造体１２、１４の外周に必ずしも接触している必要はなく、各回転軸構造体２０、２２の内周と各固定軸構造体１２、１４の外周との磨耗を回避するために、各回転軸構造体２０、２２の内周と各固定軸構造体１２、１４の外周との間に、数ｍｍ程度の隙間ｄが形成されるように構成してもよい（図３（ｃ）には、第１固定軸構造体１２および第１回転軸構造体２０における隙間の例が図示されている）。
【００１８】
水力発電装置１０はまた、第１および第２回転軸構造体２０、２２に掛け渡される履帯２４を備えている。詳細には後述するように、水力発電装置１０の使用時に上側の履帯２４が実質的に水平になるように、第１および第２回転軸構造体２０、２２が配置される。好ましくは、各回転軸構造体２０、２２の外周には、履帯２４と確実に噛み合うように、爪２０ｃ、２２ａが取り付けられている。
【００１９】
図３（ａ）に示される例では、連結部材１６は、第１固定軸構造体１２の中心と第２固定軸構造体１４の中心とを結ぶようなものとして（したがって、僅かに傾斜した状態で）図示されているが、図３（ｂ）に示されるように、上側の履帯２４と実質的に平行になるうに連結部材１６を配置してもよい。
【００２０】
水力発電装置１０はさらに、履帯２４の外面に所定間隔隔てて固定された複数の受水板２６を備えている。受水板２６は、図３（ｄ）に示されるように、矩形の底面２６ｃ（図３（ｅ）参照）と、底面２６ｃと直交するように底面２６ｃの一端から延びた第１面２６ａと、底面２６ｃの他端から第１面２６ａに向かって緩やかに湾曲するように延びた第２面２６ｂとを有しており、履帯２４の上面では第２面２６ｂが受水面となり、履帯２４の下面では第１面２６ａが受水面となるように、履帯２４の外面に固定されている。
【００２１】
次に図６を参照して、以上のように構成された水力発電装置１０の作動について説明する。図６（ａ）に示されるように、水力発電装置１０を水中に設置する。その際、履帯２４の上面に位置する受水板２６の先端を結ぶ線ＬU が水面にほぼ平行になる（従って、履帯２４の下面に位置する受水板２６の先端を結ぶ線ＬL が水面に対して傾斜する）ように、かつ、履帯２４の上面に位置する受水板２６の第２面２６ｂが上流側に位置する（従って、履帯２４の下面に位置する受水板２６の第１面２６ａが上流側に位置する）ように、水力発電装置１０を設置する。この状態で水流が発生すると、履帯２４の下面に位置する受水板２６の第１面２６ａが水流を受ける（より詳細に説明すると、最も上流側（図６（ａ）では最も右側）に位置する受水板２６の第１面２６ａの全面が矢印で示されるように水流を受けるとともに、線ＬL が傾斜しているため、最も上流側に位置する受水板２６以外の受水板２６の第１面２６ａの先端部も矢印で示されるように水流を受ける）ことにより、履帯２４が移動し、第１回転軸構造体２０が一方向（図面では、時計回り方向）に回転することとなる。なお、この際、履帯２４の上面に位置する受水板２６の第２面２６ｂも水流を受けるが、当該第２面２６ｂが受ける水流の抵抗は最小限に減衰される（より詳細に説明すると、最も上流側に位置する受水板２６の第２面２６ｂが水流を受けるが、第２面２６ｂが湾曲形状を有しているため、矢印で示されるように水流が上方にそらされるとともに、線ＬU が水面に対してほぼ平行であるため、最も上流側に位置する受水板２６以外の受水板２６の第２面２６ｂが、水流を実質的に受けない）。したがって、履帯２４は、効率的に（図６（ａ）において時計回りに）移動することとなる。
【００２２】
第１回転軸構造体２０が一方向に（図６（ａ）において時計回りに）回転すると、第１固定軸構造体１２の外周を永久磁石２０ａが回転するため、コイル１２ａには、永久磁石２０ａの磁束により電流が発生することとなる。
【００２３】
図６（ａ）に示される例では、水力発電装置１０の全体が水中にあるが、図６（ｂ）に示されるように、水力発電装置１０自体に浮力を持たせ、水力発電装置１０の上半分（従って、履帯２４の上面に位置する受水板２６）が水面上にあるように設置してもよい。この場合には、履帯２４の上面に位置する受水板２６が空中にあるため、当該受水板２６が水流による抵抗を受けることが実質的になく、履帯２４の一方向（図６（ｂ）において時計回り）の移動が円滑に行われる。
【００２４】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００２５】
例えば、前記実施形態では、無限軌道構造体として履帯２４が使用されているが、履帯２４の代わりにチェーンを使用してもよい。すなわち、図５に示されるように、スプロケットの形態の回転軸構造体２０、２２にチェーン２４′を掛け渡し、チェーン２４′に所定間隔毎に適当なアタッチメントを取り付け、各アタッチメントに受水板２６を固定するように構成してもよい。なお、図５に示される例では、チェーン２４′は２個であるが、３個以上のチェーンを使用してもよい。
【００２６】
また、前記実施形態における受水板２６の底面２６ｃは矩形であるが、受水板を図７に示されるような形状に形作ってもよい。まず、直立する面を第１面２６′ａとする。次に、第１面２６′ａの両端を２６′ａ１、２６′ａ２とし、両端２６′ａ１、２６′ａ２の中間点２６′ａ３から第１面２６′ａと直交方向に距離ｘだけ延ばした点を２６′ｂ１とする。そして、点２６′ａ１、２６′ａ３、２６′ａ２を結んでできる直線と、点２６′ａ１、２６′ｂ１、２６′ａ２を結んでできる弧状線とによって形成される面を底面２６′ｃとする。次に、第１面２６′ａの上縁と、底面２６′ｃの弧状縁とを緩やかな曲面でつなぐことによって形成される面を第２面２６′ｂとする。このように形作られた受水板２６′は、鉛直方向のみならず水平方向にも水流をそらせることができるので、水流に対する抵抗を一層減衰させることができる。
【００２７】
また、水力発電装置１０の上流側に、水中に浮遊するゴミ等の異物を捕捉するための異物捕捉機構２８を配置してもよい。異物捕捉機構２８の一例が図８に示されているが、図８の異物捕捉機構は、垂直方向に所定間隔隔てて配置された複数枚（図８では５枚が図示されているが、枚数はこれに限定されるものではない）の三角形の板材２８ａと、板材２８ａを連結するための連結部材２８ｂとを有している。そして、三角形の頂点２８ａ１が最上流側に位置するように異物捕捉機構２８を水力発電装置１０の上流側に配置することにより、受水板２６に異物が引っ掛かることがなくなるとともに、水流を整流状態にして水力発電装置１０に差し向けることができるので、履帯２４の回転移動を円滑に実施し、これにより発電効率を高めることができる。
【００２８】
また、図９に示されるように、水力発電装置１０の履帯２４の上部を、流水抵抗低減カバー３０で被覆してもよい。流水抵抗低減カバー３０は、上面が全体として流線形状を有し、下部が開放するように形作られており、水力発電装置１０の履帯２４の上部を、流水抵抗低減カバー３０で被覆することにより、履帯２４の上部に位置する受水板２６に水流が当たるのを回避することができるので、履帯２４の回転移動を円滑に実施し、これにより発電効率を高めることができる。なお、図９（ｃ）に示されるように、流水抵抗低減カバー３０内に空気を注入するように構成してもよい（このように構成することにより、履帯２４の上部に位置する受水板２６に水流が当たることが完全に回避される）。
【００２９】
さらに、前記実施形態では、第１固定軸構造体１２／第１回転軸構造体２０のみに発電機構が設けられているが、発電機構を第２固定軸構造体１４／第２回転軸構造体２２にも発電機構を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０  水力発電装置
１２  第１固定軸構造体
１２ａ  コイル
１２ｂ  突起
１４  第２固定軸構造体
１４ｂ  突起
１６  連結部材
１８  蓄電部
２０  第１回転軸構造体
２０ａ  永久磁石
２０ｂ  溝
２０ｃ  爪
２２  第２回転軸構造体
２２ａ  爪
２４  履帯
２４′  チェーン
２６  受水板
２０ａ  第１面
２０ｂ  第２面
２０ｃ  底面
２０ｄ  取付具
２８  異物捕捉機構
２８ａ
２８ｂ
３０  流水抵抗低減カバー
【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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【図９】
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