(57)【要約】【課題】水車を回転させることにより発電を行なう発電装置において、場所や時間に限定されず発電が可能で、人力に対する負荷を大幅に低減することのできる発電装置を提供すること。【解決手段】水かき板１３にかかる水圧によって回転する水車１０を軸にして夫々１８０°回転対称に設置された水量調整管２１、２３と、流方向調整板１５、１８と、固定導水板１４、１７とを少なくとも具備する。【選択図】      図２
2004150373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車を回転させることにより発電を行なう発電装置において、
周囲に複数の水かき板を備え、該水かき板にかかる水圧によって回転する水車と、
前記水車が内部に設けられたケーシングと、
前記ケーシング上部に設置され、該ケーシングに対する水の流入出口であり、該水量を一定量に調整するための第一の水量調整手段と、
前記ケーシング内に設置され、前記第一の水量調整手段からの流水の流れる方向を前記水車方向に調整する第一の流方向調整板と、
前記ケーシング内に設置され、前記第一の流方向調整板を経由した流水が前記水かき板に給水されるよう経路を形成する第一の固定導水板と、
前記第一の水量調整手段を、前記水車を軸に１８０°回転対称の構造として形成した、前記ケーシング下部に設置された第二の水量調整手段と、
前記第一の流方向調整板を、前記水車を軸に１８０°回転対称の構造として形成した、前記ケーシング内に設置された第二の流方向調整板と、
前記第一の固定導水板を、前記水車を軸に１８０°回転対称の構造として形成した、前記ケーシング内に設置された第二の固定導水板と
を少なくとも具備することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記ケーシングは、
前記第一の水量調整手段から水を流入するための給源となる第一の貯水容器と、
前記第二の水量調整手段から流出される水を貯水するための第二の貯水容器とが夫々取付けられ、
前記第一の貯水容器と第二の貯水容器との間を貫通する気道管とを具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された発電装置。
【請求項３】
前記水車の水かき板は、
前記第一の固定導水板を経由して流れ込む水を受けるための水受け部と、
該水受け部が受けた水を前記水車の下方に掃きだすための水はけ部とを備え、
前記水受け部の曲率半径は、前記水はけ部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された発電装置。
【請求項４】
前記水車の水かき板は、
前記第一の固定導水板を経由して流れ込む水を受けるための水受け部と、
該水受け部が受けた水を前記水車の下方に掃きだすための水はけ部とを備え、
前記水受け部と前記水はけ部の曲率半径が同一であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された発電装置。
【請求項５】
前記水車の回転力を電力に変換するダイナモと、
前記ダイナモによって発生された電力を蓄電するバッテリーと
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電装置に関し、特に非常用の発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば自然災害や人災等の非常事態に対する防災対策として、電源の確保は大きな課題の一つである。一般的に、非常用電源として、ガソリン燃料による発電機やアルカリ電池等に代表される一次電池が用いられている。
しかしながら、ガソリン燃料による発電機にあっては、非常時に燃料の確保が困難である。
また、一次電池は一度放電してしまうと再利用できず、非常時においては購入も難しいことが予想される。更に、ニカド電池等の再充電により二次利用可能な電池もあるが、非常時においては再充電の手段確保が難しいため現実的ではない。
そこで、緊急時にも直ちに再蓄電が可能な携帯用電源が注目されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３０３２４９号公報（第２頁右欄第１８行乃至第３頁左欄第１３行、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に示された従来例においては、人力によって回転ギアを回し、人力を電力に変換する手段が開示されている。
しかしながら、人力による発電は、長期の間にわたる非常時においては、発電作業者に対する負荷が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的とするところは、水車を回転させることにより発電を行なう発電装置において、場所や時間に限定されず発電が可能で、人力に対する負荷を大幅に低減することのできる発電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされたこの発明に係る発電装置は、水車を回転させることにより発電を行なう発電装置において、周囲に複数の水かき板を備え、該水かき板にかかる水圧によって回転する水車と、前記水車が内部に設けられたケーシングと、前記ケーシング上部に設置され、該ケーシングに対する水の流入出口であり、該水量を一定量に調整するための第一の水量調整手段と、前記ケーシング内に設置され、前記第一の水量調整手段からの流水の流れる方向を前記水車方向に調整する第一の流方向調整板と、前記ケーシング内に設置され、前記第一の流方向調整板を経由した流水が前記水かき板に給水されるよう経路を形成する第一の固定導水板と、前記第一の水量調整手段を、前記水車を軸に１８０°回転対称の構造として形成した、前記ケーシング下部に設置された第二の水量調整手段と、前記第一の流方向調整板を、前記水車を軸に１８０°回転対称の構造として形成した、前記ケーシング内に設置された第二の流方向調整板と、前記第一の固定導水板を、前記水車を軸に１８０°回転対称の構造として形成した、前記ケーシング内に設置された第二の固定導水板とを少なくとも具備する点に特徴を有する。
【０００７】
前記した構成によると、第一の水量調整手段からケーシング内に流入した水を確実に水車の水かき板に導いて該水車を回転させることができる。
また、ケーシング上下部あるいは内部の構成要素が水車を軸として上下１８０°回転対称の構成で配置されるため、ケーシングを上下逆さの状態にして使用しても、同様の作用効果を得ることができる。
【０００８】
また、前記ケーシングは、前記第一の水量調整手段から水を流入するための給源となる第一の貯水容器と、前記第二の水量調整手段から流出される水を貯水するための第二の貯水容器とが夫々取付けられ、前記第一の貯水容器と第二の貯水容器との間を貫通する気道管とを具備することが望ましい。
このように構成すれば、第一の貯水容器から水が全て流れ落ちても、ケーシングを１８０°回転させ上下逆さにすることによって再び、第二の貯水容器からケーシング内に水を流し落とし、水車を回転させることができる。
【０００９】
また、前記水車の水かき板は、前記第一の固定導水板を経由して流れ込む水を受けるための水受け部と、該水受け部が受けた水を前記水車の下方に掃きだすための水はけ部とを備え、前記水受け部の曲率半径は、前記水はけ部の曲率半径よりも大きいように構成してもよい。
このように構成することにより、少ない水量で、水車を効率よく回転させることができる。
【００１０】
また、前記水車の水かき板は、前記第一の固定導水板を経由して流れ込む水を受けるための水受け部と、該水受け部が受けた水を前記水車の下方に掃きだすための水はけ部とを備え、前記水受け部と前記水はけ部の曲率半径は同一であ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、水受け部において受ける水量が多くなるため、水車を高速に効率よく回転させることができる。
【００１１】
また、この発明に係る水力発電装置は、前記水車の回転力を電力に変換するダイナモと、前記ダイナモによって発生された電力を蓄電するバッテリーとをさらに具備することが望ましい。
このように構成することにより、水車の回転力を電力に変換してバッテリーに蓄電することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる発電装置の一実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本発明に係る発電装置の全体構成を示すブロック図である。図２は本発明に係る発電装置の構成要素である水車回転部の構成を示す側面図である。図３は本発明に係る発電装置の構成要素である水車回転部の貯水容器の他の実施形態を示す側面図である。また、図４は本発明に係る発電装置の構成要素である水車回転部の水車の他の実施形態を示す側面図である。
【００１３】
図１の符号１は水力発電装置であって、この水力発電装置１は水車回転部２と電力変換部３とにより構成される。さらに、この電力変換部３は、水車回転部２から得られた水車の回転力を電力に変換するダイナモ３０と、このダイナモ３０によって得られた電力を蓄電するためのバッテリー３１とで構成される。
なお、符号３２に示す電流変換インバータはバッテリー３１から得られる直流電流を交流電流に変換するためのものであり、水力発電装置１内の構成に含まれてもよい。
【００１４】
続いて図２を用いて、水車回転部２を詳細に説明する。この水車回転部２は符号１０に示す水車等を内設したケーシング４と、このケーシング４の上下に接続された貯水容器であるペットボトル２５、２６により構成される。
前記ケーシング４は、例えばプラスチックのような軽量素材により形成されており、内部壁は疎水性を持たせるためにテフロン（登録商標）コートされている。このケーシング４の上下部には夫々プラスチック製の栓２０、２２が固着されており、栓２０、２２の内側に設けられた図示しない螺子穴にペットボトルの口部が螺合することによりケーシング４とペットボトル２５，２６が取付けられている。
【００１５】
また、前記栓２０、２２には夫々水量調整管２１、２３及び気道管２４が貫設されている。水量調整手段である水量調節管２１，２３はペットボトル２５、２６とケーシング４内部とを夫々連通させ、継続して一定量の水を通過させるための管である。また、気道管２４は、ペットボトル２５とペットボトル２６とを連通させる管であり、夫々の内部気圧調整を行なうために設置されている。
【００１６】
前記ケーシング４内部には、例えば軽量な発砲スチロールで形成された水車１０が回転軸１２により回転可能に設置されている。この水車１０は車輪部１１の周りに複数の水かき板１３を備えることにより構成されている。この水かき板１３は水受け部１３ａと水はけ部１３ｂとを有し、水受け部１３ａの曲率半径が水はけ部１３ｂの曲率半径よりも大きくなるように形成されている。このため、水受け部１３ａの受容可能な水量は少なくなるように構成されている。
なお、前記回転軸１２はダイナモ３０と接続されている。
【００１７】
また、ケーシング４内部の水車１０の上部には、流方向調整板１５が、その一端に設けられた回転軸１６を中心に僅かに回動するように設置されている。この流方向調整板１５は、水量調整管２１からの流水を下方に設けられた固定導水板１４に流すために設けられている。
また、前記固定導水板１４は、流方向調整板１５からの流水を確実に水車１０の水受け部１３ａに導くために固定設置されている。
【００１８】
さらに、水車１０の下方には、前記固定導水板１４を、水車１０を軸に１８０°回転対称の構造として形成された固定導水板１７が設置され、前記流方向調整板１５を、水車１０を軸に１８０°回転対称の構造として形成された流方向調整板１８が設置されている。この流方向調整板１８の一端には、前記回転軸１６を、水車１０を軸に１８０°回転対称の構造として形成された回転軸１９が設置されている。
すなわち、水車回転部２を上下逆さにした場合には、流方向調整板１８と固定導水板１７は、上記した流方向調整板１５と固定導水板１４と同様の作用効果を有する。
【００１９】
続いて、図１及び図２を用いて、本実施の形態の動作説明をする。
先ずペットボトル２５に水Ａを充填し、ペットボトル２６を空の状態とし、図１のようにペットボトル２５から重力により水が下方に落ちるよう配置する。ペットボトル２５内の水Ａは、水量調整管２１によって単位時間当たりの水量が一定量に保持されながら、継続してケーシング４内に流れ出る。
この流水は、流方向調整板１５及び固定導水板１４に導かれて水車１０の水かき板１３の水受け部１３ａに継続的に流れ込み、水車１０を回転（図２においては反時計回り方向）させる。
【００２０】
前記水車１０を回転させて下方に移動した流水は、水かき板１３の水はけ部１３ｂによって流方向調整板１８へ掃きだされる。この流方向調整板１８は回転軸１９を軸に回動するため、水を受ける面が略垂直状態となり、水はけ部１３ｂから掃きだされた水を下方へ流し落とす構造となっている。
そのため、水はけ部１３ｂから流方向調整板１８に掃きだされた水は下方に流れ落ち、ケーシング４の下部に溜まった後、水量調整管２３を通ってペットボトル２６内に排出される。
【００２１】
また、前記水車１０（回転軸１２）の回転力はダイナモ３０に伝達され、ダイナモ３０において電力に変換される。そして、ダイナモ３０において発電された電気はバッテリー３１に蓄電される。
なお、バッテリー３１に蓄電された電気は直流電源として使用してもよいし、電流変換インバータ３２をバッテリー３１と接続して、交流電流に変換し使用してもよい。
【００２２】
また、ペットボトル２５から水Ａが全て流れ落ちた場合、水車回転部２を１８０°回転させて上下逆さにする。そして、ペットボトル２６に貯まった水Ａをケーシング４内に落とすことによって、再び水車１０を回転させて発電する。
すなわち、ペットボトル２６内の水Ａは、水量調整管２３によって単位時間当たりの水量が一定量に保持されながら、継続してケーシング４内に流れ出る。この流水は流方向調整板１８及び固定導水板１７に導かれて水車１０の水かき板１３の水受け部１３ａに継続的に流れ込み、水車１０を回転させる。
【００２３】
前記水車１０を回転させて下方に移動した流水は水かき板１３の水はけ部１３ｂによってケーシング４の下部へ掃きだされ、水量調整管２１を通ってペットボトル２５内に排出される。
このように、上方に配置したペットボトルの水が流れ落ちて無くなれば、水車回転部２を再び１８０°回転させて上下逆さにするだけで、略継続的に発電作業を行なうことができる。
【００２４】
以上のように上記一実施の形態においては、水車回転部２の構成要素を水車１０を軸にして上下１８０°回転対称の構成で配置しているため、一定量の水があれば半永久的に容易に発電作業を行なうことができる。
【００２５】
また、ペットボトルを使用する場合等、限られた水源量の場合には、水かき板１３が有する水受け部１３ａの曲率半径が水はけ部１３ｂの曲率半径より大きくなるよう形成すればよい。
このように水かき板１３を形成することにより、水かき板１３が受容可能な水量が少なくなるため、さらに水車１０の形成素材を発砲スチロール等の軽量素材にすることによって、少量の水でも水車１０を効率よく回転させることができる。
【００２６】
なお、図３に示すようにペットボトル２５の代わりに水受け容器２８を使用してもよい。水受け容器２８の上部は開口しており、ここに流水を流し込むことにより発電作業を行なうことができる。
例えば、水道の蛇口から継続的に流れ出る水や雨どいから流れ落ちる雨水等を水受け容器２８に流し込むことにより発電作業を行なうことができる。
また、水車の形状は図２に示された形状に限定されるものではなく、図４に示すような形状であってもよい。図４に示される水かき板２７は、図２に示された水かき板１３の水受け部１３ａと水はけ部１３ｂを一枚の板の表裏で構成し、水受け部と水はけ部の曲率半径が同じになるよう形成されたものである。
このような水かき板の形状は、大量の水源を確保できる場合に特に有効である。尚、前記形状の水かき板を用いる場合には、水量調整管２１、２３の内径が大きく設定され、ケーシング４に対する水の流入出量が増加するよう調整される。このように構成することによって、水かき板２７が受ける水量が増加するため、水車１０を高回転させて発電効率を高くすることができる。この場合、水車１０の形成素材は金属や樹脂成形により強度を確保することが望ましい。
【００２７】
なお、上記実施の形態において、水量調整手段として水量調整管２１、２３を用いたが、これは弁構造によりケーシング４に対する水の流入出量を調整するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水車を回転させることにより発電を行なう発電装置において、場所や時間に限定されず発電が可能で、人力に対する負荷を大幅に低減することのできる発電装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る発電装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明に係る発電装置の構成要素である水車回転部の構成を示す側面図である。
【図３】図３は本発明に係る発電装置の構成要素である水車回転部の貯水容器の他の実施形態を示す側面図である。
【図４】また、図４は本発明に係る発電装置の構成要素である水車回転部の水車の他の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１          水力発電装置
２          水力回転部
３          電力変換部
４          ケーシング
１０        水車
１３        水かき板
１３ａ      水受け部
１４、１７  固定導水板
１５、１８  流方向調整板
２１、２３  水量調整管
２４        気道管
２５、２６  ペットボトル
３０        ダイナモ
３１        バッテリー
【図１】
2004150373.tif 000003
【図２】
2004150373.tif 000004
【図３】
2004150373.tif 000005
【図４】
2004150373.tif 000006