(57)【要約】【課題】小さな流れでも発電が可能で、水利権などに関係無く設置でき、また流れが激しくなった時、安全を図って完全に退避できる小型の水力発電装置を提供することである。【解決手段】水車などと発電機を一体にして水上に浮かせ、水流上に延伸した腕木の先端から伸びる牽引索によって牽引して、水車などの回転で発電するものであって、流れが激しくなって危険なときなどは、牽引索を巻き取りかつ腕木を立てて、発電機を水流から完全に引きあげて、固定できるようにした。【選択図】図９
0003178569.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水流を回転運動に変換する機構ならびに該変換機構に連結した発電機ならびにフロートを備えた本体と、
該本体を牽引するフレキシブルな牽引索と、
一端を支持部によって片持ち支持されていて、水流上に延伸できる腕木と、
水流外の陸上に設置して、該腕木を支持する支持部と、
該牽引索を、腕木の先端を経由して繰り出し／巻き取る機構と、
該腕木の姿勢を水平―垂直方向に変える機構とからなり、
発電時は腕木の姿勢を略水平にして水流上に延伸し、かつ牽引索を繰り出して、本体を水流の中に浮かべて一定の位置に牽引して留めて発電し、
また非発電時は、牽引索を巻き取って、かつ腕木の姿勢を垂直方向に立て、本体を水流から引き揚げることができ、
本体を水流から引き揚げたとき、本体を一定の位置に固定できる構造を特徴とする発電装置。
【請求項２】
水流を回転運動に変換する機構が横型水車である構造を特徴とする請求項１に示した発電装置。
【請求項３】
水流表面に略平行な潜行舵と、水流表面に略垂直な方向舵の両方またはどちらかを本体に備え、
該電気制御装置により該潜行舵と該方向舵を操作できる構造を特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
該腕木がフレキシブルであって、
水流上にある該本体に対して、水流の急激な変化があるときまたは浮遊してくる障害物が衝突したとき、本体の受ける衝撃を緩和することができる構造を特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の発電装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、小さな流れでも発電ができる小型の水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川の流れを利用する小型の水力発電装置であって、水車と発電機を一体としてフロートを取付けて水面上に浮かせる構成のものについては、いくつかの先行する特許がある。
【０００３】
たとえば、河川の水流より回転力を得る水車を備えて発電機を駆動することにより発電する発電装置と、発電装置を搭載して水面に浮べる浮体装置と、浮体装置を川岸より牽引する牽引装置を備えて、水位の上昇に対しても安全に発電する案が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献1に開示された技術は、発電機を水上に浮かせ、牽引装置によって牽引することで、水位の増減に応じて、特別な対策をしなくても安全に発電できるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公開２００３−２８６９３
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術は、単に発電機を浮かべただけであり、流れが極めて激しいときや、流木などの浮遊物が衝突してくるおそれがあるときや、保守点検などのときに水流から発電装置を完全に退避できないと言う問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案は、水流を回転運動に変換する機構ならびに該変換機構に連結した発電機ならびにフロートを備えた本体と、
該本体を牽引するフレキシブルな牽引索と、
一端を支持部によって片持ち支持されていて、水流上に延伸できる腕木と、
水流外の陸上に設置して、該腕木を支持する支持部と、
該牽引索を、腕木の先端を経由して繰り出し／巻き取る機構と、
該腕木の姿勢を水平―垂直方向に変える機構とからなり、
発電時は腕木の姿勢を略水平にして水流上に延伸し、かつ牽引索を繰り出して、本体を水流の中に浮かべて一定の位置に牽引して留めて発電し、
また非発電時は、牽引索を巻き取って、かつ腕木の姿勢を垂直方向に立て、本体を水流から引きあげることができ、
本体を水流から引きあげたとき、本体を一定の位置に固定できる構造を特徴とする発電装置である。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によれば、小さな水流であっても、簡易に設置できて発電が可能で、発電しないときや、水流が激しく危険なときは容易に水流から引き上げて、固定することのできる小型水力発電装置が実現できる。
【０００９】
また、本考案の発電装置は、堰などを作る必要が無いので設置が簡単であり、水利権などの問題が発生せず、さらに、１０ｋｗ未満の小出力発電設備であれば一般電気工作物として取り扱われて資格者が要らないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案の水力発電装置本体の側面図
【図２】本考案の水力発電装置本体の正面図
【図３】支持部の見取図
【図４】腕木の昇降機構の概念図
【図５】カーテンレール方式で取り付けられたケーブルの見取図
【図６】牽引索の繰り出し／巻き取り機構の概念図
【図７】スリップリングの見取図
【図８】固定機構の動作を説明する図
【図９】水力発電装置を水流に設置した状態の概念図
【図１０】水力発電装置を水流から引き上げて固定した状態の概念図
【図１１】プロペラを使った水力発電装置本体の側面図
【考案を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１ならびに図２に発電機を含む本体１の概念図を示す。図１は側面図、図２は正面図である。図１は、図２のＢ−Ｂ’線で示す位置で、フレーム１０をカットして内部が見えるようにした図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線で示す位置で、フレーム１０をカットして内部が見えるようにした図である。
【００１２】
この実施例において、水流を回転に変換する機構は横型水車である。
【００１３】
図１において右側が本体１の前である。
本体１のフレーム１０は前面ならびに後面が開口した筒型の構造である。
フレーム１０の内部には水車１１と発電機１２が設置されている。
また、フレーム１０の両側面にはフロート１５が、下部には重り１６が取り付けられている。
【００１４】
固定軸１３は、フレーム１０に固定されていて回転しない。水車軸１１２は、固定軸１３の上に、軸受１４によって回転自在に設置されている。軸受１４は水車軸１１２の内側にあるので、破線で示すべきであるが、見やすさのため実線で描いてある。
【００１５】
水車軸１１２の周上には複数の水車羽１１１が設置されている。図の見やすさのために、１つの水車羽１１１にしか符号を付けていない。
【００１６】
発電機１２は水車１１の水車軸１１２の内側に、固定軸１３に固定して設置されている。発電機１２の回転軸は水車軸１１２に連結しており、水流により、水車１１が回転すると、発電機１２の回転子が回転して、発電する。
【００１７】
水車１１と発電機１２の回転子は、増速ギヤを経由して連結することもできる。
【００１８】
またフレーム１０の外部の両側には昇降舵１７が翼面を略水平にして、またフレーム１０の後部には方向舵１８が翼面を略垂直にして備えられている。
【００１９】
昇降舵１７ならびに方向舵１８は、その取り付け部分に、図示しない駆動装置が設置してあり、図３に示すように、支持部５に操作盤６１が備えられており、操作盤６１から遠隔で、それぞれ迎え角または方向を変化させることができる。
【００２０】
図９で見られるように、フレーム１０の前面には、浮遊してくるゴミなどを排除するスクリーン１９が設置されている。
【００２１】
図１に示すように、本体１のフレーム１０の正面の上部には牽引索取付部１０１が有って、牽引索３の一端が取り付けられている。牽引索３の他端は、図６にしめすように、腕木４の先端を経由して、腕木４の円筒構造の中を通って、支持部５の内部に設置されている巻き取り機構５１によって巻き取られる。
【００２２】
次に、図３を参照して、河川の岸辺に据え付けた支持部５を説明する。支持部５はフレーム５５と図示しない地中に据え付けるための基礎からなる。支持部５の強固なフレーム５５には、牽引索の巻き取り機構５１、腕木４の昇降機構５２、本体１の固定機構５３、制御装置６ならびに電力回路７が一体に取り付けられる。
【００２３】
フレーム５５の内部に、発電した電力を貯めるために蓄電池８をおいてもよい。
【００２４】
図４に示すように、腕木４は支持部５に備えられた昇降機構５２によって片持ちで支持されている。昇降機構５２は、図示しない電動機と減速機で駆動され、電車の踏切バーの要領で、回転により腕木４を略水平と略垂直の間を回動できる。
【００２５】
腕木４はフレキシブルな材質ならびに構造で製作されており、強い力がかかると撓み、力がなくなると元に戻る。
【００２６】
牽引索３は、必要な強度を持った高張力電気ケーブルである。もしくは、図５に示すように、電気ケーブルを含まない牽引索３に、電気ケーブル３１をカーテンレール方式で添わせてもよい。いずれの場合も、電気ケーブル３１には電力線と信号線が含まれている。以降の説明では、高張力電気ケーブルとして説明する。
【００２７】
図６の牽引索３の繰り出し／巻き取り機構の概念図に示すように、牽引索３の一端は、本体１の前面上部にある牽引索取付部１０１につながって、本体を牽引している。
【００２８】
牽引索３の反対側は、巻き取り機構５１によって繰り出しまたは巻き取られる。巻き取り機構５１は、図６に破線で示す支持部５の内部に設置されている。
【００２９】
牽引索３を図６の左側から順に見てゆくと、腕木４の先端の穴から入って、円筒構造である腕木４の内部を通り、支持部５の内部に設置された、巻き取り取機構５１の複数の中継プーリ５１１、５１２を経由して、巻き取りプーリ５１３に巻き取られる。
【００３０】
中継プーリ５１１は腕木４の末端の位置にあり、腕木４が上下動のために回転する部分に固定されており、一緒に回転する。牽引索３は、中継プーリ５１１と中継プーリ５１２の間では、腕木４の回転中心線上を通る。
【００３１】
巻き取りプーリ５１３は、図示しない電動機ならびに減速機によって駆動される。
【００３２】
図７に示すように、牽引索３である高張力電気ケーブルの芯線は、巻き取りプーリ５１３の内側にあるスリップリング５１４につながれており、集電子５１５を経由して固定側に引出されて、制御線３１１は制御装置６に、接続電力線３１２は電力回路７に、それぞれ接続される。
【００３３】
図３に示すように、制御装置６は、支持部５のフレーム５５の中に設置されており、各動作機構の運転制御を行う。フレーム５５の外側に設置してある操作盤６１は、必要なスイッチ、押釦ならびに表示ランプ類を備えてあり、運転者がこれにより各動作機構を運転操作することができ、動作状態を確認することができる。
【００３４】
また、電力回路７も、支持部５のフレーム５５の中に設置されており、発電機が直流式であれば、出力の発電電圧を電池を充電する電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータであり、蓄電池８に電力を貯めることができる。さらに商用交流に接続するためのインバータを接続することもできる。
【００３５】
電力回路７は、発電機が交流式であれば、出力を商用交流に接続するための電圧と周波数に変換するインバータが接続される。
【００３６】
次に、図８を参照して固定機構５３について説明する。図８は上部から見た平面図である。図８に示すように、固定機構５３は支持部５に設置されており、２つのクランプアーム５３１を備えている。クランプアーム５３１は、図示しない電動機と減速機で駆動される。
【００３７】
牽引索３を適当に巻き取った状態で、腕木４を立てると、牽引索３に吊るされた本体１０が本体１の近くに寄ってくる。このとき、人力で本体１の方向を図８（ａ）に示すように、本体１が浮かんでいるときの下側が、支持部５の方に向かうように合わせる。本体１は吊り上げられているので、これは容易にできる。
【００３８】
その状態で、本体１が２つのクランプアーム５３１の間に矢印で示すように支持部５に近づいてきて（図で下方）、十分に近くなったとき、図８（ｂ）に示すように、本体１を、両側からクランプアーム５３１で挟みつけて固定する。
【００３９】
フレーム１０、昇降舵１７、方向舵１８、フロート１５などの構造物はプラスチックまたは発泡プラスチック材をＦＲＰで覆ったもので製作される。水車１１、固定軸１３はプラスチックまたはアルミニウムなどの金属で製作される。重り１６は、鉄などの金属またはコンクリートなどで製作される。
【００４０】
牽引索３は、高張力電気ケーブルまたは金属またはプラスチック製のロープである。腕木４は弾力性を有し、ＣＦＲＰ、ＦＲＰなどからなる管状材によって製作される。
【００４１】
支持部５のフレーム５５および地中基礎は金属またはコンクリートなどで製作される。
【００４２】
以上に水力発電装置の構造を説明した。次に、その動作を説明する。図９は水力発電装置の本体１を水流に浮かべた状態を示している。
【００４３】
腕木４を略水平にして水流の上に延伸して、牽引索３を適当に繰り出して、本体１を水に浮かべると、本体１は、水車１１、発電機１２、フレーム１０ならびに重り１６などの重量とフロート１５の浮力が吊り合って、水車１１の下部が水に浸かる位置まで水中に沈む。
【００４４】
図１、図２で説明したように、フレーム１０の側面にフロート１５が取り付けられているので浮心が高く、下部には重り１６が取り付けられているので重心が低く、波が有っても安定な姿勢を保ち、転覆しない。
【００４５】
本体１を水流の中に置くと、流れにしたがって、本体１は延伸した腕木４の下流の位置に来る。本体１は水流によって下流側に流されようとするが、牽引索３で一定の位置に留められる。また、牽引索３がフレーム１０の前面に取り付けられているので、本体の前面が常に上流側を向く。
【００４６】
巻き取り機構５１によって、牽引索３を繰り出せば発電機装置の本体１は支持部５から遠ざかり、巻き取れば近づき、腕木４から任意の距離におくことができる。牽引索３の巻き取り機構５１は支持部５の内部に設置されていて、電動機によって駆動される。
【００４７】
水流の強さが変わったり、上流から浮遊物が流れてきて本体に衝突したりして、牽引索３に強い力がかかったとき、腕木４は図９に破線で示すように撓むので、衝撃を緩和することができて、水力発電装置の本体１の構造が破壊されるのを防ぐ。
【００４８】
昇降舵１７の水流に対する迎え角を変更することで、水流の加減などに合わせて、本体１の沈降量を調整できる。昇降舵１７は支持部５に有る操作盤６１から操作ができる。
【００４９】
水流が強すぎて、水車１１が早く回り過ぎ、また牽引力が大きくなり過ぎたとき、昇降舵１７の前縁に対して後縁の位置を下げて迎え角を増やすと、昇降舵１７に浮力が働き、本体１０の全体が浮き上がって、水車１１に当たる水量が少なくなり、回転速度が下がり、牽引力を低下することができる。
【００５０】
昇降舵１７の角度は、昇降舵駆動モータによって操作できる。昇降舵を駆動する電動機は牽引索３である高張力電気ケーブルまたは、牽引索３に添わせた制御線３１１を通って、制御装置６につながり、操作盤６１および制御装置６によって操作される。
【００５１】
または、牽引索３の長さを短くすることで昇降舵１７のフレーム１０に対する角度を変えなくても、牽引索３による上向きの分力を増やすことで本体１の迎え角を増やし、反対に牽引索３の長さを長くすることで本体１の迎え角を減らすことでも、同じ効果が得られる。
【００５２】
方向舵１８は本体１の向いている方向を常に流れに平行にする。また、方向舵１８の角度を操作することによって、本体１に流れと垂直な方向の力をかけることができるので、流れの幅方向の位置を変えることができる。
【００５３】
本体１の下側が水中に沈んでいるので、正面の開口から水が流れ込んでくる。そして、図１で示すように水車羽１１１に水流が当たり、水車を右回りに回転させる。水車１１が回ると発電機１２が回り、発電をおこなう。
【００５４】
発電した電力を貯める蓄電池８を備えることもできる。発電機１２が発電した電気は牽引索３である高張力電気ケーブルまたは牽引索に添った電力線を経由して、支持部５の内部に設置したＤＣ‐ＤＣコンバータに達し、蓄電池８を充電するのに適当な電圧に変換されて、蓄電池８を充電する。
【００５５】
以下に本考案の技術的特徴である本体１を水流から引きあげて、固定する方法について説明する。
【００５６】
流れの強さが安全な運転の上限を超えたり、発電する必要が無いとき、または保守点検のときは、本体を水流の中から完全に引きあげることができる。
その場合、牽引索３を必要な長さまで巻き取りつつ、同時に昇降機構５２によって腕木４を水平から略４５度に立てる
【００５７】
本体１が水面から離水するので、牽引索３の巻き取りをやめて、腕木４を略垂直になるまでたてると、本体１は前部を上にして、吊り上げられた姿勢となって、支持部５に近寄る。
【００５８】
本体１が支持部５に近づくと、図８で説明したように、本体１の底を支持部５の方向に向け、支持部５に設置されている固定機構５３のクランプアーム５３１が、本体１のフレーム１０を挟みつけて、支持部５に固定する。これで、風などが吹いても、本体が揺動などせず安定に固定される。固定された状態の本体１と支持部５の様子を図１０に示す。
【００５９】
昇降機構５２、巻き取り機構５１、固定機構５３、昇降舵１７ならびに潜行舵１８の動作は、操作盤６１を使って操作できる。操作盤６１からの信号が制御装置６に入力されると、制御装置６は、各機構を駆動する電動機を回転させる。
【００６０】
これらの機構の一連の動作は、いちいち運転者が操作するのではなく、本体１を固定するときの姿勢合わせ以外は、制御装置６によって、自動的に行うこともできる。
【００６１】
本実施例では、巻き取り機構ならびに昇降機構ならびに固定機構を電動式としたが、これらの機構の全部または一部を手動式にしても、同様に機能し目的は達せられる。
【００６２】
また、固定機構はクランプアームを使わず、支持部５
の壁面に固定して装備したロープまたはバンドを使い、フレーム１０を支持部５にしばりつけてもよい。
【実施例２】
【００６３】
図１１に、第２の実施例による本体２の側面図を示す。この実施例では、水流を回転に変換する機構はプロペラである。
【００６４】
本体１のフレーム１０は前面ならびに後面が開口した筒型の構造であることは実施例１と同じである。フレーム１０の内部には水車に代わって、プロペラ１１が設置されている。
【００６５】
発電機１２は、フレーム１０の上部に固定されていて、プロペラ２１との間は連結ギヤ２１１によって連結されている。水流によってプロペラ２１が回転すると、発電機１２の回転子が回転して、発電する。
【００６６】
他の構造と作用は実施例１と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本考案によれば、小さな水流であっても、簡易に設置できて発電が可能で、発電しないときや、水流が激しく危険なときは容易に水流から引きあげることのできる小型水力発電装置が実現できる。
【符号の説明】
【００６８】
１  本体
１０  フレーム
１０１  牽引索取付部
１１  水車
１１１  水車羽
１１２  水車軸
１２  発電機
１３  固定軸
１４  軸受
１５  フロート
１６  重り
１７  昇降舵
１８  方向舵
１９  スクリーン
２１  プロペラ
２１１  連結ギヤ
３  牽引索
３１  電気ケーブル
３１１  制御線
３１２  電力線
４  腕木
５  支持部
５１  巻き取り機構
５１１  中継プーリ
５１２  中継プーリ
５１３  巻き取りプーリ  
５１４  スリップリング装置
５２  昇降機構
５３  固定機構
５３１  クランプアーム
５５  フレーム
６  制御装置
６１  操作盤
７  電力回路
８  蓄電池
【図１】
0003178569.tif 000003
【図２】
0003178569.tif 000004
【図３】
0003178569.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003178569.tif 000008
【図７】
0003178569.tif 000009
【図８】
0003178569.tif 000010
【図９】
0003178569.tif 000011
【図１０】
0003178569.tif 000012
【図１１】
0003178569.tif 000013