(57)【要約】【課題】ダム等に高額な設備投資をすることなく、川の流れや海の干満等による無尽蔵な水流エネルギーを電気エネルギーに変換するとともに、水深の浅い水流と深い水流との何れも利用可能とし、かつ水位の上下に随時に対応することにある。【解決手段】発電機と、水流中で所定場所に浮動状態で位置決めされて前記発電機をその水流に浮かせる浮体３と、前記浮体に上下方向に巻き付けられるとともにその浮体の周囲を連続的に移動可能にその浮体に支持されて、前記水流の前後方向に延在するように配置される環状部材１７と、前記環状部材に支持されるとともに前記水流により附勢される複数のブレード１９と、前記浮体の周囲での前記環状部材の移動を前記発電機に伝動する伝動機構とを具えてなる浮上水力発電装置である。【選択図】図１
2008014154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
水流中で所定場所に浮動状態で位置決めされて前記発電機をその水流に浮かせる浮体と、
前記浮体に上下方向に巻き付けられるとともにその浮体の周囲を連続的に移動可能にその浮体に支持されて、前記水流の前後方向に延在するように配置される環状部材と、
前記環状部材に支持されるとともに前記水流により附勢される複数のブレードと、
前記浮体の周囲での前記環状部材の移動を前記発電機に伝動する伝動機構と、
を具えてなる、浮上水力発電装置。
【請求項２】
前記発電機は、前記浮体に内蔵されていることを特徴とする、請求項１記載の浮上水力発電装置。
【請求項３】
前記浮体は、前記ブレードと水底との干渉を防止するストッパーを具えることを特徴とする、請求項１または２記載の浮上水力発電装置。
【請求項４】
前記浮上水力発電装置を前記水流の前後方向および左右方向の少なくとも一方に複数連結する連結手段をさらに具えることを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の浮上水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、従来の水力発電装置では不向きな穏やかな水流を利用し得る浮上水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の水力発電装置は、ほとんどが水の落差を利用して発電装置内に水流を導き、その水流により羽根車を回して発電機を駆動することで発電を行っていた。このため従来は、山間部等のごく限られた場所でしか水力発電ができなかった。加えて、従来の水力発電装置は、ダム等の大規模な施設・設備を必要とするため、高額な設備投資が必要であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
それゆえこの発明は、以下の課題を有利に解決することを目的としている。
１．ダム等に高額な設備投資をすることなく、川の流れや海の干満等による無尽蔵な水流エネルギーを電気エネルギーに変換する。
２．水深の浅い水流と深い水流との何れも利用可能とし、かつ水位の上下に随時に対応する。
３．水運への支障を回避する。
４．設置および撤去を容易に行えるようにする。
５．装置の構造を簡素化して初期投資および運用コストを低く抑える。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためのこの発明の浮上水力発電装置は、発電機と、水流中で所定場所に浮動状態で位置決めされて前記発電機をその水流に浮かせる浮体と、前記浮体に上下方向に巻き付けられ、その浮体の周囲を連続的に移動可能にその浮体に支持されて、前記水流の前後方向に延在するように配置される環状部材と、前記環状部材に支持されるとともに前記水流により附勢される複数のブレードと、前記浮体の周囲での前記環状部材の移動を前記発電機に伝動する伝動機構と、を具えてなるものである。
【発明の効果】
【０００５】
かかる浮上水力発電装置にあっては、浮体が、水流中で所定場所に浮動状態で位置決めされて発電機をその水流に浮かせ、その浮体に上下方向に巻き付けられるとともにその浮体の周囲を連続的に移動可能にその浮体に支持されて水流の前後方向に延在するように配置される環状部材に支持された複数のブレードのうち、水流の水面下に位置するものが水流により附勢されて、環状部材の水面下に位置する部分を浮体の周囲で下流方向へ移動させ、その環状部材の移動を伝動機構が発電機に伝動することで、発電機が駆動されて発電を行う。
【０００６】
従って、この発明の浮上水力発電装置によれば、浮体が発電機を水流に浮かせるとともに複数のブレードを支持するので、水深の深い浅いにかかわらず複数のブレードで発電機を駆動して発電し、水流エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、しかも浮体が水流中で所定場所に浮動状態で位置決めされているので、水位の上下に随時に対応することができる。そして浮体およびブレードの幅を水流の幅より狭くすることで、水運への支障を回避することができる。
【０００７】
なお、この発明においては、前記浮体を水流中で所定場所に浮動状態で位置決めする手段は、陸上や水中等に設けられた支柱等の固定構造物に前記浮体を直接昇降可能に支持する構造物でも良いが、前記浮体をその固定構造物に連結するロープやチェーンやワイヤー等の索条でも良い。このように索条を用いれば、浮体を水流中で容易に所定場所に浮動状態で位置決めすることができるとともに、当該浮上水力発電装置の設置および撤去を容易に行うことができる。
【０００８】
また、この発明においては、前記発電機は、前記浮体に内蔵されていても良い。このようにすれば、当該浮上水力発電装置の構造をより簡素化し得て、初期投資および運用コストを低く抑えることができる。
【０００９】
さらに、この発明においては、前記浮体は、前記ブレードと水底との干渉を防止するストッパーを具えていても良い。このようにすれば、不測の事態等により水深が浅くなり過ぎた場合でも、ブレードと水底との干渉をストッパーで防止して、当該浮上水力発電装置の破損を回避することができる。
【００１０】
そして、この発明の浮上水力発電装置は、前記浮上水力発電装置を前記水流の前後方向および左右方向の少なくとも一方に複数連結する連結手段をさらに具えていても良い。このようにすれば、当該浮上水力発電装置を連結手段で複数、水流の幅等に応じてその水流の前後方向や左右方向に適宜連結することができるので、水流のエネルギーをより効率良く利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明の浮上水力発電装置の一実施例の全体的な外観を示す斜視図、図２は、上記実施例の浮上水力発電装置を水流の前後方向に複数連結するとともに最前部の浮上水力発電装置を水流中で所定場所に浮動状態で位置決めした状態を示す斜視図、図３は、上記実施例の浮上水力発電装置をバケット付きベルトを除いた状態で示す斜視図、そして図４は、上記実施例の浮上水力発電装置をバケット付きベルトと発電機と伝動機構の一部とを除いた状態で示す分解斜視図である。
【００１２】
この実施例の浮上水力発電装置は、長手方向中央部に長円形状の貫通穴１ａを持つとともに長手方向両端部に連結用の小穴１ｂを持つ厚板状のフレーム１と、そのフレーム１の貫通穴１ａに嵌合する長円形状の凸部２ａを各々持つ、互いにフレーム１に関して対称の形状の二個の内側浮体２と、後述する前歯車７および後歯車８の間で長手方向に延在して二個の内側浮体２の外側面にそれぞれ密接される凸部３ａを持つ、互いにフレーム１に関して対称の形状の二個の外側浮体３とを具えている。
【００１３】
ここで、上記二個の内側浮体２は各々、長手方向両端部の軸受穴２ｂと、それら軸受穴２ｂの内側に位置する二つの固定ボルト挿通穴２ｃと、中央部にフレーム１に向いて位置する発電機用凹部２ｄとをさらに有している。また、上記二個の外側浮体３は各々、内側浮体２の固定ボルト挿通穴２ｃと軸線方向に整列する二つの固定ボルト挿通穴３ｂを有している。そしてこれら二個の内側浮体２および二個の外側浮体３は、二個の内側浮体２の間にフレーム１を挟んで長円形状の凸部２ａを貫通穴１ａに嵌合させた状態で、各々固定ボルト挿通穴２ｃと固定ボルト挿通穴３ｂとを貫通する長尺の二本の固定ボルト４と、それらの固定ボルト４の先端部に締着される二個のナット５とにより、図３に示すように、互いにおよびフレーム１とも一体的に組み立てられる。
【００１４】
なお、これら内側浮体２および外側浮体３は各々、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等により中空に形成するとともにその内部を水密にして沈まないようにしても良く、あるいはその内部に発泡スチロール等の発泡材を充填して沈まないようにしても良い。
【００１５】
この実施例の浮上水力発電装置はまた、各々二個ずつの上記前歯車７および後歯車８と、二個の通常の発電機９と、図５に示す如き、チェーン式伝導機構１０とを具えており、ここで、前歯車７および後歯車８はそれぞれ支持軸７ａ，８ａをその歯車と一体に有し、チェーン式伝導機構１０は、二個の前歯車７の支持軸７ａと両端部がスプライン結合する駆動軸１１および、その駆動軸１１に一体に設けられた駆動スプロケット１２と、二個の発電機９の入力軸９ａと両端部がスプライン結合する被駆動軸１３および、その被駆動軸１３に一体に設けられた、駆動スプロケット１２より小径の被駆動スプロケット１４と、それら駆動スプロケット１２および被駆動スプロケット１４に巻き掛けられた環状チェーン１５とから構成されていて、二個の前歯車７の回転を増速して発電機９の入力軸９ａに伝える。
【００１６】
なお、二個の前歯車７の支持軸７ａは、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である図６に示すように、二個の内側浮体２の前方側（図４では左方）の端部に設けられた上記軸受穴２ｂと、それらの軸受穴２ｂに回転自在に支持された上記駆動軸１１とによって回転自在に支持されている。その一方、二個の後歯車８の支持軸８ａは、図４に示すように、それらの支持軸８ａと両端部がスプライン結合する連結軸１６により互いに連結されるとともに、二個の内側浮体２の後方側（図４では右方）の端部に設けられた上記軸受穴２ｂと、それらの軸受穴２ｂに回転自在に支持された上記連結軸１６とによって回転自在に支持されている。
【００１７】
そして、被駆動軸１３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である図７に示すように、二個の発電機９の入力軸９ａにより支持されており、それらの発電機９は、二個の内側浮体２の凹部２ｄ内にそれぞれ水密に収容されてそれらの内側浮体２により支持されている。
【００１８】
この実施例の浮上水力発電装置はさらに、各々フレーム１の片側の内側浮体２および外側浮体３に上下方向に巻き付けられ、それらの浮体２，３の周囲を連続的に移動可能に前歯車７および後歯車８に巻き掛けられてそれらの浮体２，３に支持され、それらの浮体２，３の長手方向ひいては水流の前後方向に延在するように配置される、環状部材としての例えば合成ゴム製の二本の環状ベルト１７と、それらの環状ベルト１７にヒンジ１８を介して図１では浮体３の上側に示す倒れ姿勢と図１では浮体３の下側に示す起き上がり姿勢との間で起倒可能に支持されるとともに水流により附勢される複数の、ブレードとしてのバケット１９とを具えている。
【００１９】
ここで、各バケット１９は、図１に示すように、上記起き上がり姿勢で図１では左方に開口する凹部１９ａを有し、浮体３の下側に位置するときには自重および水流の勢いで起き上がり姿勢になって、水流の水をその凹部１９ａで受けることで水流により附勢され、その附勢力を環状ベルト１７に伝達する。そして浮体３の上側に位置するときには、自重で上記倒れ姿勢になって風圧や跳ねかかる水の抵抗を受けないようにする。
【００２０】
また、二本の環状ベルト１７は各々、図８および図９に示すように、その環状ベルト１７の内周面の幅方向中央部に位置して長手方向に沿って延在するラック状の歯１７ａを有し、このラック状の歯１７ａは前歯車７および後歯車８の歯と噛合して、バケット１９から環状ベルト１７に与えられる附勢力を前歯車７に効率良く伝達する。
【００２１】
そして、二個の発電機９が発電した電力は、フレーム１を貫通する出力ケーブル２０によってこの実施例の浮上水力発電装置の外部に取り出される。なお、出力ケーブル２０にはプラグ２１が設けられており、出力ケーブル２０は、このプラグ２１を他の当該実施例の浮上水力発電装置のフレーム１に設けられた図示しないソケットに差し込むことで、図２に示すように、他の当該実施例の浮上水力発電装置内の出力ケーブルに接続することもできる。
【００２２】
かかるこの実施例の浮上水力発電装置にあっては、例えば図２に示すように、一台のこの実施例の浮上水力発電装置のフレーム１の前側（図１では左方）の端部を、河川の水流中に立設された支柱２２に索条としてのチェーン２３で連結するとともに、その浮上水力発電装置のフレーム１の後側（図１では右方）の端部に、もう一台のこの実施例の浮上水力発電装置のフレーム１の前側（図１では左方）の端部を、同様にチェーン２３で連結して、これらの浮上水力発電装置を浮体２，３の浮力で水流中に浮かべると、これらの浮上水力発電装置の浮体２，３が、図２中矢印Ｆで水流の方向を示すその水流中で支柱２２に対し下流側となる所定場所に浮動状態で位置決めされて発電機９をその水流に浮かせ、それらの浮体２，３に上下方向に巻き付けられるとともにそれらの浮体２，３の周囲を連続的に移動可能にそれらの浮体２，３に支持されて水流の前後方向に延在するように配置される環状ベルト１７に支持された複数のバケット１９のうち、水流の水面下に位置するものが水流により附勢されて、環状ベルト１７の水面下に位置する部分を浮体２，３の周囲で下流方向へ移動させ、その環状ベルト１７の移動を伝動機構１０が発電機９に伝動することで、発電機９が駆動されて発電を行う。
【００２３】
従って、この実施例の浮上水力発電装置によれば、浮体２，３が発電機９を水流に浮かせるとともに複数のバケット１９を支持するので、水深の深い浅いにかかわらず複数のバケット１９で発電機９を駆動して発電し、水流エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、しかも浮体２，３が支柱２２にチェーン２３で連結されて水流中で所定場所に浮動状態で位置決めされているので、水位の上下に随時に対応して上下することができる。そして浮体２，３およびバケット１９の幅を水流の幅より狭くすることで、水運への支障を回避することができる。
【００２４】
また、この実施例の浮上水力発電装置によれば、浮体２，３を水流中で所定場所に浮動状態で位置決めする手段がチェーン２３であるので、浮体２，３を水流中で容易に所定場所に浮動状態で位置決めすることができるとともに、当該浮上水力発電装置の設置および撤去を容易に行うことができる。
【００２５】
さらに、この実施例の浮上水力発電装置によれば、発電機９は内側浮体２に内蔵されているので、当該浮上水力発電装置の構造をより簡素化し得て、初期投資および運用コストを低く抑えることができる。
【００２６】
さらに、この実施例の浮上水力発電装置によれば、当該浮上水力発電装置を水流の前後方向に複数連結する連結手段としてのチェーン２３をさらに具えていることから、当該浮上水力発電装置を複数、水流の幅等に応じてその水流の前後方向に適宜連結することができるので、水流のエネルギーをより効率良く利用することができる。
【００２７】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば浮体２は、例えばその浮体２の側面にバケット１９から多少離されて添設されるとともにその側面から下方に突出してバケット１９と水底との干渉を防止する板状のストッパーを具えていても良く、このようにすれば、不測の事態等により水深が浅くなり過ぎた場合でも、ブレードと水底との干渉をそのストッパーで防止して、当該浮上水力発電装置の破損を回避することができ、さらにそのストッパーで水流を整流して後方のバケット１９にも導くことができる。
【００２８】
また、例えば、バケット１９に代えて板状ブレードを用い、その板状ブレードを環状ベルト１７に固設しても良く、このようにすればブレードを安価に設けることができる。さらに、各環状ベルト１７に代えて二本の環状チェーンをスプロケットに掛け渡して用い、それらの環状チェーンでブレードの両端部を支持しても良い。さらに、チェーン式伝動機構１０に代えて歯車式伝動機構等を用いても良く、あるいは前歯車７の支持軸７ａに発電機９の入力軸９ａを整列させてそれらを伝動機構としてのカップリングで繋いでも良い。
【００２９】
そして、この発明の浮上水力発電装置は、単独で用いても良く、また例えば棒状部材等によって水流の左右方向（幅方向）に複数連結して用いても良く、さらにそれらと上記実施例のように水流の前後方向への複数連結したものと組み合わせて用いても良い。さらにこの発明の浮上水力発電装置は、河川の水流だけでなく、海に面した運河等における潮の干満で生ずる水流中に浮かべて用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
かくしてこの発明の浮上水力発電装置によれば、浮体が発電機を水流に浮かせるとともに複数のブレードを支持するので、水深の深い浅いにかかわらず複数のブレードで発電機を駆動して発電し、水流エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、しかも浮体が水流中で所定場所に浮動状態で位置決めされているので、水位の上下に随時に対応することができる。そして浮体およびブレードの幅を水流の幅より狭くすることで、水運への支障を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の浮上水力発電装置の一実施例の全体的な外観を示す斜視図である。
【図２】上記実施例の浮上水力発電装置を水流の前後方向に複数連結するとともに最前部の浮上水力発電装置を水流中で所定場所に浮動状態で位置決めした状態を示す斜視図である。
【図３】上記実施例の浮上水力発電装置をバケット付きベルトを除いた状態で示す斜視図である。
【図４】上記実施例の浮上水力発電装置をバケット付きベルトと発電機と伝動機構の一部とを除いた状態で示す分解斜視図である。
【図５】上記実施例の浮上水力発電装置の伝動機構の構成を示す分解斜視図である。
【図６】上記実施例の浮上水力発電装置の、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】上記実施例の浮上水力発電装置の、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図８】上記実施例の浮上水力発電装置の環状ベルトおよび複数のバケットの一部の、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図９】上記実施例の浮上水力発電装置の環状ベルトおよび複数のバケットの、図８と同様の部分を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  フレーム
１ａ  貫通穴
１ｂ  小穴
２  内側浮体
２ａ  凸部
２ｂ  軸受穴
２ｃ  固定ボルト挿通穴
２ｄ  発電機用凹部
３  外側浮体
３ａ  凸部
３ｂ  固定ボルト挿通穴
４  固定ボルト
５  ナット
７  前歯車
７ａ  支持軸
８  後歯車
８ａ  支持軸
９  発電機
９ａ  入力軸
１０  チェーン式伝動機構
１１  駆動軸
１２  駆動スプロケット
１３  被駆動軸
１４  被駆動スプロケット
１５  環状チェーン
１６  連結軸
１７  環状ベルト
１７ａ  歯
１８  ヒンジ
１９  バケット
１９ａ  凹部
２０  出力ケーブル
２１  プラグ
２２  支柱
２３  チェーン
【図１】
2008014154.tif 000003
【図２】
2008014154.tif 000004
【図３】
2008014154.tif 000005
【図４】
2008014154.tif 000006
【図５】
2008014154.tif 000007
【図６】
2008014154.tif 000008
【図７】
2008014154.tif 000009
【図８】
2008014154.tif 000010
【図９】
2008014154.tif 000011