(57)【要約】【課題】従来から自立型の循環式の水力発電機は水流回転式、高圧水流式、揚水落差式と、いろいろ考案されているが、それぞれ性能不足や製作コスト高との課題があった。本願発明は、これを可能とし、高性能低コストの自立型、水力発電機を提供する。【解決手段】本発明は、前もって水を満たした貯水式大型水槽の下部底面に適宜量の放水口を設け、その放水口の中に発電機用のプロペラを取り付け、水槽の水流で回転し、発電する水力発電システム〔１〕、その水力発電システム〔１〕の放水口の直下にこの水力発電システム〔１〕と同じシステム〔２〕を置き、更にそのシステム〔２〕の放水口の直下にも水力発電システム〔１〕と同じシステム〔３〕を置き、最上部のシステム〔１〕の大型水槽に水をポンプ圧送して水を循環するシステムで、低コストの自立型の水力発電装置が完成した。【選択図】      図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電に関するもので、前もって水を満たした貯水式大型水槽の下部底面に適宜量の放水口を設け、その放水口の中に発電機用のプロペラを取り付け、水槽の水流で回転し、発電する水力発電システム〔１〕、その水力発電システム〔１〕の放水口の直下にこの水力発電システム〔１〕と同じシステム〔２〕を置き、更にそのシステム〔２〕の放水口の直下にも水力発電システム〔１〕と同じシステム〔３〕を置き、最上部のシステム〔１〕の大型水槽に水をポンプ圧送して水を循環するシステムで、特別の高層落差式や特殊大型装置を使用することなく、限られた水量で数倍の発電ができる構造を特徴とする貯水式自動循環型水力発電装置。
【請求項２】
貯水式大型水槽の形状、サイズ、材質は限定せず、強度を要する作りで、使用する発電機は小型の水力発電装置には、水槽の上から直下に、発電機、シャフト、プロペラを施し、大型の同装置にはペルトン水車、クロスフロー水車、フランシス水車の中から、製作形状にあった水車を選定して、効率を上げる作りで、特別複雑な装置を必要とせず、発電の数、規模、設置場所も自由で製作も容易な構造を特徴とする請求項１に記載する貯水式自動循環型水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前もって水を満たした貯水式大型水槽の下部底面に適宜量の放水口を設け、その放水口の中に発電機用のプロペラを取り付け、水槽の水流で回転し発電する水力発電システム〔１〕の放水口の直下にこの水力発電システム〔１〕と同じシステム〔２〕を置き、更にそのシステム〔２〕の放水口の直下にも水力発電システム〔１〕と同じシステム〔３〕を置き、最上部のシステム〔１〕の大型水槽に水をポンプ圧送して、水を循環するシステムで、特別の高層落差式や特殊大型装置を使用することなく、限られた水量で２〜３倍の発電ができる構造を特徴とする、貯水式自動循環型水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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に注目され、大型の水力発電設備は建設されなくなり、水力発電の役割は十分であった。
【０００３】
しかし、原子力発電機の事故で、環境破壊と使用済後の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く特に風力発電機は風量が一定でなく、発電量も不安定で、小型化の実用化にはいたっていない。
【０００４】
特に、近年は水力発電も小型化して、大型ダムを必要とせず、送電線の必要がない電力の消費地に近い場所での、１基数キロワットから数百キロワットの商用発電が可能な小型水力発電装置の開発が急務である。
【０００５】
特に水力発電機で、水量の少ない山間部の渓流地や河川で使用できる小型の水力発電機の開発が必要であるが、渓流地や河川、海には、国、県、市、町、村の許可と地域の農業、漁業の使用権者間との話し合いもあって、個人の河川使用には限界があり、これらの自然地への設置が必要ない、構造をした水力発電機の開発が急務である。
【０００６】
この改善策として、河川や海を使用しない、又、水利権の必要がない、構造物の貯水式や回転流水式、ビル排水型の小型水力発電機が考案されているが、完全実用化には至っていない。
【０００７】
落差式水力発電機には、揚水型が一般的に知られているが、商用発電には至っていない。
【０００８】
最近では、水流循環式と高圧揚水式が考案されており、一定量の水を貯水しておき、この水を繰り返し利用する事で、外部からの水を必要最小限とし、水力発電をするもので、水力発電としては、ムダのない発電システムで参考文献は次の通りである。
【特許文献１】特開２００５−２９９４３４
【特許文献２】特開２００４−２５１２５９
【特許文献３】特開２０００−１１０７０２
【特許文献４】特開平１１−０７０８９６
【特許文献５】特開平０９−１４４６４６
【非特許文献１】平成１８年９月に日刊工業新聞で公表された、ファロス社（那覇市、小松秋男社長）
【０００９】
その他には、「非特許文献１」の開発は多槽式水循型発電装置が考案されているが、この方式は、７０ｍの高さに水を圧送する方法で、水を落下させるシステムである
【００１０】
この方法は、水を高所より落下させるものであり、７０ｍと水をポンプ圧送する事で、２５ｍのポンプ圧送よりパイプの管内壁と流水との間に摩擦が生じ、３〜４倍の電力を要し、大型のモーターを必要とする欠点があり、電力損失が過大である。
【００１１】
本願発明の貯水式自動循環型水力発電装置との相違点は、規模にもよるが、平均２０ｍ〜３０ｍの高さの低い位置への水のポンプ圧送を大型貯水槽へ送り、当初から水は満杯にしておく方法により、低位置でも水圧を利用する事で、水流の圧力を十分得る事ができる。
【００１２】
この違いは、貯水槽の大小により必要な水流を自由にコントロールできる利点と、大量の水を圧送しても消費電力は少なく、水力発電に必要な水量と水圧が容易に得られ、更に全体の設備投下の規模が小さくでき、資金も少なくコスト低下にも役立ち、利点が大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解決しようとする問題点は、
日本は山間地や渓流地が多く、水流は早いため水量の少ない小型水力発電が出来ないか、又その方法はどうすれば良いか
大型ダムを必要としない、自然の山や海を使用せず、環境破壊の全く心配のない水力発電機は作れないか
大型工事も必要としない、送電線もいらず、大都市型の電力消費地内に安定した水力発電は出来ないか
又、同じ水を循環させ、全く他からのエネルギーを必要としない、自立型の小型発電から大型の水力発電機で商用電源用として、可能な装置で低コストでできないか
本発明は、これらの欠点や課題を解決する為になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、水力発電に関するもので、前もって水を満たした貯水式大型水槽の下部底面に適宜量の放水口を設け、その放水口の中に発電機用のプロペラを取り付け、水槽の水流で回転し、発電する水力発電システム〔１〕、その水力発電システム〔１〕の放水口の直下にこの水力発電システム〔１〕と同じシステム〔２〕を置き、更にそのシステム〔２〕の放水口の直下にも水力発電システム〔１〕と同じシステム〔３〕を置き、最上部のシステム〔１〕の大型水槽に水をポンプ圧送して水を循環するシステムで、特別の高層落差式や特殊大型装置を使用することなく、限られた水量で２〜３倍の発電ができる構造を特徴とする貯水式自動循環型水力発電装置を提供するものである。
【００１５】
請求項２の発明は、貯水式大型水槽の形状、サイズ、材質は限定せず、強度を要する作りで、使用する発電機は小型の水力発電装置には、水槽の上から直下に、発電機、シャフト、プロペラを施し、大型の同装置にはペルトン水車、クロスフロー水車、フランシス水車の中から、製作形状にあった水車を選定して、効率を上げる作りで、特別複雑な装置を必要とせず、発電の数、規模、設置場所も自由で製作も容易な構造を特徴とする請求項１に記載する貯水式自動循環型水力発電装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明には次の効果がある
大型ダム、河川、海などの土地の開発行為をする事なく、数キロワットから数百キロワットの水力発電装置ができる
送電線も必要なく、電力消費地での自由サイズの水力発電装置が容易にできる。
自立発電型で自己の発電する電力の一部で必要な循環水をポンプ圧送するため、ほとんど他からの水補給や電力を要とせず、長期に亘り安定的に発電できる。
全く、複雑な機構や特殊な化学物質を必要とせず、安全性も高く、メンテナンス費用も安価である。
従って、効率もよくムダのない、水力発電が出来るため、地球温暖化防止には相当の実用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本願発明の貯水式自動循環型水力発電装置の一形態を示せば図１のようになる。概況の説明をすれば、図２の通りで前もって水を貯水している大型水槽を上から水力発電システム〔１〕、２段目を同システム〔２〕、３段目を同システム〔３〕と設置している。高圧直下水流型で、導水パイプ式より放水路内損失も少なく効率が良い。
【００１８】
図３の中の７は揚水パイプで２本があり、その中を図２の１９の圧送ポンプで送水ぢ、大型水槽システム〔１〕に注水、その時の発力は、発電システム〔３〕で発電た電力で１９の圧送ポンプのモーター２台を回転させている。
【００１９】
その２台の圧送ポンプの水をシステム〔１〕に注水して、システム〔１〕の水槽の水圧を利用して、発電機４で発電し、１３のトランスに送り、更に、システム〔１〕により放流された水は、システム〔２〕に注入して発電し、その水は更にシステム〔３〕に放流、注入して発電するムダのない、同一水の利用によるもので、本願発明の貯水式自動循環型水力発電装置では、一実施図の通りの方法が、最良の形態で、導水パイプ式や高層ビル方式より放水路内損失落差も少なく、高効率の水力発電装置が提供できる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
【００２１】
図１は全体の貯水式自動循環型水力発電装置姿図である。
【００２２】
図２は正面図と一部斜視図で、貯水式大型水槽及水力発電システム〔１〕が１、２は同システム〔２〕を表し、３は同システム〔３〕を示している。
【００２３】
全体のパイプが見えないが、１９が水圧ポンプで、７の揚水パイプを水が通り、１の発電システム〔１〕の貯水槽に注入され、１０−イの放水パイプを通り、５のプロペラを回転させ、４の発電機で発電水は２の水槽内に放流される。
【００２４】
同じ動作を水力発電システム〔２〕の２でも行い、同じ水は同システム〔３〕の図では、図２の３の水槽内を通り、１０−ハを通り落差式に２０の最下部の放流水調整槽に集まり、１８の揚水パイプ、ロより水は吸い込まれ再度７の揚水パイプを通り、１の水槽に圧送注入され循環する。
【００２５】
図２の６は支柱で、８は排水口、９は給水口を表し、１２は主柱及内部斜視図、１３は発電量を調整するトランス、１４は工具等を上げるウインチ、１５は旗で、１６は、配線中継器、１７は、避雷針で２１は全体の構造物の基礎である。
【００２６】
図３では、７は前述の通り、揚水パイプで２２は、その内部斜視図で、２３は貯水槽内部の斜視図で、２４も下部の２０の調整水槽の中への給水図を示す。若干、水が不足した場合、９の給水口より補給する。
【００２７】
図４は、左側面図で、２０は前述の通り、最下部調整槽内部図で、２５は揚水パイプからの水量調整バルブ、２６は水槽の下からの支持柱である。
【００２８】
図５は、右側面図で、２７はポンプ室で、７の揚水パイプが１の水槽へ配管されている図で、水は２７ポンプ室の圧力ポンプから水が圧送され、１の水槽内にのみ、水送されており、ムダのない循環装置がわかる。
【００２９】
図６は平面図で、１の水槽は楕円形になっているが、大型の割には、製作コストが安価で、特に形状に限定せず、１、６、７、１２、１３は図２、３の通りである。
【００３０】
図７は底面図で２０は方流水調整水槽で、１、６、７、１２は、図１の通りである。
【００３１】
図８は、内部機構の断面参考図で、その図の２８−Ａは貯水式大型水槽内部図で斜視した図でもあるが、水は１０−イの放水パイプを通り、５のプロペラを回転させる。。
【００３２】
その水は、２８−Ｂの同じ貯水式大型水槽内部に落水し、１０−ロの放水パイプの５のプロペラを回し、更に、２８−Ｃの貯水式大型水槽に流れ、大きな水圧となり、１０−ハの放水パイプを通り、その中の５のプロペラを回転させ、４の発電機と連動して発電する。
【００３３】
その水は１０−ハの放水パイプを通り、２０の放流水調整槽に最終、落水するもので、全体で同一の水による揚水から圧送、発電システム〔１〕、同〔２〕、同〔３〕への水の落差と高圧水の循環式水力発電装置の方法がわかる。３３は、水位器である。
３３の水位器が３４の磁石停止機に当たれば水流はすべて停止する方法で、システム〔１〕同〔２〕、同〔３〕にそれぞれ設置。この中の一つでも停止すれば、システムすべてが停止する作りで安全性を高めている。
【００３４】
図９は発電機及プロペラシャフトの機構図で、４は増速機付発電機で、２９は増速機内部図で３０はベアリングが上下あり、３１はシャフト、３２はシフト支持板で、シャフトの振れを防止する。５はプロペラ、１０−イは放水パイプである。
【００３５】
図1０はプロペラ固定断面図で、放水パイプ１０−イの中にプロペラ５があり、振り止めが必要で、３１のシャフト支持板で放水パイプ１０−イの両サイトを貫通し強固に固定する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
現在電気エネルギーを生む方法としては、原子力発電、火力発電で７０％以上であるが、資源の枯渇、環境問題、地球温暖化と問題が山積している。これに反して、水力、風力、太陽光などの自然エネルギーにおいても、開発、騒音、コスト高と、全世界において普及できるものではない。
【００３７】
これに対して、本願発明の貯水式自動循環型水力発電装置は、当初の設備投資は必要であるが、一定量の水があれば、半永久的に自己発電による循環自立発電で、安全性と環境にも勝れ、発電量も１基数百キロワットと商用発電もでき、場所も限定せず、施工上においても自由な設計と施工が容易であり、地球温暖化防止上からも画期的な発明で産業上においても実用効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】貯水式自動循環型水力発電装置の姿図
【図２】正面図及斜視図
【図３】背面図
【図４】左側面図
【図５】右側面図
【図６】平面図
【図７】底面図
【図８】内部機構の断面参考図
【図９】発電機及プロペラシャフトの機構図
【図１０】プロペラ固定断面図
【符号の説明】
【００３９】
１．貯水大型水槽及水力発電システム〔１〕
２．              〃              〔２〕
３．              〃              〔３〕
４．増速機付発電機
５．プロペラ
６．支柱
７．揚水パイプ
８．排水口
９．給水口
１０−イ．放水パイプ
１０−ロ．    〃
１０−ハ．    〃
１１．支柱内部
１２．主柱及内部
１３．トランス（変圧器）
１４．ウインチ
１５．旗
１６．配線中継器
１７．避雷針
１８．揚水パイプ口
１９．圧送ポンプ
２０．放流水調整水槽
２１．鉄柱基礎
２２．揚水パイプ斜視図
２３．貯水槽内部の斜視図
２４．放流水調整水槽への給水図
２５．水量調整パイプ
２６．水槽下部支持柱
２７．ポンプ室
２８−Ａ．貯水式大型水槽内部図
２８−Ｂ．        〃 
２８−Ｃ．        〃 
２９．増速機内部図
３０．ベアリング
３１．シャフト
３２．シャフト支持板
３３．水位器
３４．磁石停止器
【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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【図１０】
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