(57)【要約】【課題】従来の水力発電機を支えるため強固に作られたコンクリート基礎などを廃止し、任意の川や滝などに搬送していき、設置工事を要せずに設置して発電することができる携帯型の発電装置を提供する。【解決手段】水車と、該水車の回転速度を増速する増速機と、該増速機により増速された回転力により発電を行う発電機と、これらを支持する支持台を備え、携帯可能とした水力発電装置。設置は支持台を川底や川岸などに置くだけである。据え付けと撤去を容易にするため、できるだけ軽量でコンパクトにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車と、該水車の回転速度を増速する増速機と、該増速機により増速された回転力により発電を行う発電機と、これらを支持する支持台を備え、携帯可能とした水力発電装置。
【請求項２】
前記水車が、下掛け水車、中掛け水車、胸掛け水車又は、上掛け水車に使用できる請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記水車を左右に取り替え可能とした請求項１又は２に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記水車、増速機および発電機、支持台を簡単に分離分解できるようにした請求項１ないし３に記載の水力発電装置。
【請求項５】
水を設置場所で充填するウエイトを備えた請求項１ないし４に記載の水力発電装置。
【請求項６】
選択して使用される風車又は水車と、該風車又は水車の回転速度を増速する増速機と、該増速機により増速された回転力により発電を行う発電機と、これらを支持する支持台を備え、携帯可能とした風力発電又は水力発電が可能な発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力発電装置の携帯化技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水車による水力発電機は水路などに堅固に固定して使用するよう設計されてきた。したがって、配水管や水路、水車の取り付け基礎工事、水車小屋など付帯設備工事が必要であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、任意の川や滝などに搬送していき、設置工事を要せずに設置して発電することができる携帯型の発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
水車と、該水車の回転速度を増速する増速機と、該増速機により増速された回転力により発電を行う発電機と、これらを支持する支持台を備え、携帯可能とした水力発電装置。設置は支持台を川底や川岸などに置くだけである。
従来の水力発電機を支えるため強固に作られたコンクリート基礎を廃止し、軽量な支持台に水車、増速機、動力伝達軸、発電機を一体に取付け、携帯用として構成し、渓流や水路に置くだけで作動するようにした。水流や川底の状態によっては、現地の川底や川岸などで容易に得られる小石を利用し、支持台周辺に配置する。据え付けと撤去を容易にするため、できるだけ軽量でコンパクトにした。
【０００５】
前記水車が、下掛け水車、中掛け水車、胸掛け水車又は、上掛け水車に使用できる請求項１に記載の水力発電装置。
水車羽根の形状は下掛け水車、中掛け水車、胸掛け水車又は、上掛け水車に共用使用できるが、使用場所の水流に適した羽根の形状にすれば、より水のエネルギーの変換効率が上がる。
従来の水力発電機を支えるため強固に作られたコンクリート基礎を廃止し、軽量な支持台に水車、増速機、動力伝達軸、発電機を一体に取付け、携帯用として構成し、渓流や水路に置くだけで作動するようにした。据え付けと撤去を容易にするため、できるだけ軽量でコンパクトにした。
【０００６】
前記水車を左右に取り替え可能とした請求項１又は２に記載の水力発電装置。
従来の水力発電機を支えるため強固に作られたコンクリート基礎を廃止し、軽量な支持台に水車、増速機、動力伝達軸、発電機を一体に取付け、携帯用として構成し、渓流や水路に置くだけで作動するようにした。据え付けと撤去を容易にするため、できるだけ軽量でコンパクトにした。水力発電装置を据え付ける場所により、流れの上流に向かって水流が右にあり、支持台の設置スペースが左にある場合は、水車の位置を右側に取り付ける。逆に、流れの上流に向かって水流が左にあり、支持台の設置スペースが右にある場合は、水車の位置を左側に取り付ける。
【０００７】
前記水車、増速機および発電機、支持台を簡単に分離分解できるようにした請求項１ないし３に記載の水力発電装置。
従来の水力発電機を支えるため強固に作られたコンクリート基礎を廃止し、軽量な支持台に水車、増速機、動力伝達軸、発電機を一体に取付け、携帯用として構成し、渓流や水路に置くだけで作動するようにした。据え付けと撤去を容易にするため、できるだけ軽量でコンパクトにした。水流のある現地に容易に携帯し易いよう、水車、増速機および発電機、支持台を簡単に分解できるようにした。
【０００８】
水を設置場所で充填するウエイトを備えた請求項１ないし４に記載の水力発電装置。
従来の水力発電機を支えるため強固に作られたコンクリート基礎を廃止し、軽量な支持台に水車、増速機、動力伝達軸、発電機を一体に取付け、携帯用として構成し、渓流や水路に置くだけで作動するようにした。据え付けと撤去を容易にするため、できるだけ軽量でコンパクトにした。現地に豊富にある水を利用して、水力発電装置の川底での位置が変化しないようにしたものである。
【０００９】
水車と取り替えた風車と、該風車の回転速度を増速する増速機と、該増速機により増速された回転力により発電を行う発電機と、これらを支持する支持台を備え、携帯可能とした風力発電装置。水力発電機、風力発電機どちらにも使用できるようにした。
従来の風力発電機を支えるため強固に作られた支柱を廃止し、軽量な支持台に風車、増速機、動力伝達軸、発電機を一体に取付け、携帯用として構成し、現地に置くだけで作動するようにした。据え付けと撤去を容易にするため、できるだけ軽量でコンパクトにした。強風のときは、水車羽根のままで、風によって発電することもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は以上に説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１１】
運搬、据え付けおよび撤去が容易である。
【００１２】
従来の支持台には強固に固定されることが要求されていたので、その材料は剛性の高い金属材料や鉄筋コンクリートなどに限られていた。しかし、本発明では支持台は軽量にする必要があるので、ＦＲＰやプラスチック材料も使用でき、材料選択の幅が広がる。
【００１３】
従来、固定式の水力発電装置は増水時の水逃がし水路が必要である。本装置は川の増水時には簡単に撤収でき、流木や土砂の災害を免れる。中小河川は氾濫し易い。水車を強固に永久設置すると、災害時の障害になる。
【００１４】
水力発電装置の位置を容易に移動でき、水流が水車羽根に最適に当たるよう簡単に調節できる。水車羽根に水流の当たる量を調整して出力調整も容易にできる。水車を上下に移動させることにより、水車羽根に作用する水の速度を変え回転数を調節することもできる。従来の水車は本体が強固に固定されているので出力調整は水流を制御する必要がある。本発明の装置は水流はそのままとし、水車の位置を移動することにより容易に出力調整ができる。
【００１５】
普通、農業用水路などは水利権があり、固定設備で水力発電装置を設置するのは難しい。携帯用水力発電装置は必要な時に簡単に設置でき、撤収が簡単なので、水利権者に設置の合意が得やすい。
【００１６】
山でキャンプをするときは身近な渓流を利用して発電でき、化石燃料を使用するより、環境負荷を与えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の実施の形態を実施例にもとずき図面を参照して説明する。図１は中掛け水車を水力発電機に本発明を適用した一実施例である。
【００１８】
図１および図２において複数の水車羽根１７、１７・・を水車底板１９の周りに放射状に配置し、水車側板１１および水車側板１０に一体に固定した水車８が構成されている。図１は水車側板Ｂにフランジ７がボルト６によって取り付けられている。フランジ７は増速機４の入力軸５に嵌められ一体で回転するようになっている。このフランジ７と増速機４の入力軸５の嵌め方の詳細を図１１に示す。図１２は図１１のＡＡ断面である。図１１において、フランジ７に明けられたネジ穴に止めネジ７１が取り付けられている。フランジ７を入力軸５にキー７２と共に嵌め、フランジ７と入力軸５が一体で回転するようにした後、止めネジ７１を締め、フランジ７がスラスト方向に移動しないようにしている。水車８と発電機１および増速機３を分解してこの装置を持ち運びするとき、この止めネジ７１を緩めるだけの簡単な作業で済む。図１に戻って、増速機３には発電機１がボルト２、２・・により直結されている。増速機３にはフート９、１５がボルト１２、１２および１４、１４によって取り付けられている。この構成で、水車８、増速機３、発電機１は軽量なアルミニウム合金製の支持台１３に一体に組み立てられた。この構成で図の矢印に示す水流によって水車８は発電機１の後面から見て矢印に示す逆時計回りに回転する。
【００１９】
図２は図１の左側面図である。図３は図１の右側面図である。
なお、増速機３と発電機１の接合面には、シール剤が充填され防水されている。
【００２０】
図４は水車８を増速機４の左側に配置した図でフランジ７を図３の水車８の側板１０の図３示すボルト穴１９に取り付け直したもので、水の流れの位置に対処したものである。水の流れの上流に向かって左側に障害物がある場合に対処したものである。図５は図４の右側面図である。この構成で図５の矢印に示す水流によって水車８は発電機１の後面から見て矢印に示す時計回りに回転する。
発電機１の後方から見て図２と図５は回転方向が逆である。発電機１が交流発電機であればどちらの方向に回転しても同じように交流発電出力が得られる。整流器内蔵の直流発電機も、どちらの方向に回転してもプラス側とマイナス側が同じで発電出力が得られる。
なお、図５に１点鎖線示すウエイト２０は水車を運転する現地にある豊富な水を充填するタイプで、携帯時は軽くて持ち運びが容易である。
【００２１】
図６は水車の幅を増し、水車８１を増設し一端をフランジ７、水車軸２３、軸受け２４および固定台２５で受けたもので、幅の広い水路に対処したものである。
図２に示す水車側板に明けた複数のボルト穴１８、１８・・によりボルト２１、２１・・およびナット２２、２２・・を用いて水車８と水車８１を連結している。
【００２２】
図７は水車の幅を増し、両端に増速機と発電機を配置したもので更に幅広い水路で発電能力を増したものである。
図２に示す水車側板に明けた複数のボルト穴１８、１８・・によりボルト２１、２１・・およびナット２２、２２・・を用いて水車８、水車８１および水車２６を連結している。
【００２３】
図８および図９は水車の両端を軸受け３０、３０で支持し、増速機３と発電機１を上方に配置したものである。図８の水車側板１０、および１１にフランジ７、７がボルト６、６によって取り付けられている。フランジ７、７は水車軸３５、３３にそれぞれ嵌められ一体で回転するようになっている。水車軸３５にはスプロケット２９が嵌められ、水車の動力はスプロケット２９、２７とチェーン２８で伝導される。スプロケット２７は増速機入力軸５に嵌められ回転するようになっている。増速機３には発電機１がボルト２、２・・により直結されている。増速機３にはフート４１、４１がボルト４、４によって取り付けられている。フート９、１５はそれぞれボルト１２、１２、１４、１４によりベッド３４に固定されている。ベッド３４は軸受け３０、３５を包含し、支持台３２にボルト３１、３１・・によって固定されている。３２は全体の支持台である。この場合、増速機３を省略して発電機１に直接動力を伝えることもできる。
【００２４】
図１３は水車の替わりに、風車１００にフランジ７をボルト６によって取り付けたものである。フート９、１５と支持台１３の間には風向に追従するヨー装置１０１が、それぞれボルト１２、１２・・、１４、１４によりに固定されている。本実施例は矢印の方向に風が作用するダウンウインド型風車を図示したが矢印の反対側から風が作用するアップウインド型風車にも同様に適応できる。
【００２５】
図１０は水車８に作用する代表的な水流の方向を示したものである。
水車の上方から落下する水の主に重力を利用するのが上掛け水車である。水車の斜め上から流入する水流を利用するのが胸掛け水車である。水車の横からの水流を利用するのが中掛け水車である。水車の下部の水流の運動エネルギーを利用すのが下掛け水車である。
【００２６】
なお、この発明の発電機を油圧ポンプなどに置き換え、水のエネルギーを油圧エネルギーに変換したり、直接水をかくはんして水のエネルギーを熱エネルギーに変換することも可能である。
【実施例】
【００２７】
以上述べたことを実際に実行した実施例を述べる。水車直径４００ｍｍ、幅２００ｍｍ、増速機、発電機および支持台を含めた携帯型水力発電装置の全重量が６．６ｋｇとなった。発電能力は水の落差１ｍで最大出力５０Ｗが得られる。落差がなくても、下掛け水車として、流速が１．６ｍ／ｓ以上になると発電を開始する。このくらいのサイズと重量の発電装置は乗用車のトランクにも容易に入り、携帯用として適している。最終運転地点への運搬も１人で容易に持ち運びができ、車の行けない場所への設置も簡単にできる。
【００２８】
図１４はこの発電機を利用した電気系統図である。水力発電機５１で発電した直流をレギュレータ５２を通してバッテリー５３に一旦充電する。レギュレータ５２はバッテリー電圧を検出して、バッテリー電圧が一定以上に上昇しないように制御する。本実施例のレギュレータは、本発明の水力発電機と他の発電装置５４、例えば風力発電機や太陽電池と併用することも可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は系統電源設備のない屋外で、二酸化炭素など地球温暖化の原因となる排気ガスを出さないクリーンな電源を供給できる。車両の入れない狭い場所でも、最終的には人手のみで携帯して運搬が容易にできるので、キャンプなどの電源に有用である。また、災害時の非常電源には、燃料供給が不要なので特に有効である。現地で簡単に短時間で組み立て、工事なしで運転できるので産業上の利用価値が高い。学校で自然エネルギーや発電について体験学習するには、みじかなフィールドに発電装置を容易に持ち込むことができ、装置が小型軽量なので非常に理解し易い。低落差で回転も遅くて安全が確保できるので、手で触れて体験学習ができる。また、大学や研究機関の野外実験や観測のための測定機器の電源として、電源確保の困難な現地で、運用時間無制限の電源が確保できる。水は他の自然エネルギーに比べて、供給変動が少なく安定した電源が確保し易い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】複数の水車羽根を備えた水車、増速機、発電機を支持台に一体に配した水力発電機。
【図２】図１の左側面図である。
【図３】図１の右側面図である。
【図４】水車を増速機の左側に配置した図で、水の流れの位置に対処したものである。水の流れの上流に向かって左側に障害物がある場合に対処したものである。
【図５】図５は図４の右側面図である。
【図６】水車の幅を増し、一端を軸受けおよび固定台で受けたものである。
【図７】水車の幅を増し、両端に増速機と発電機を配置したものである。
【図８】水車の両端を軸受けで支持し、増速機と発電機を上方に配置したものである。
【図９】図８の右側面図である。
【図１０】水車の水流説明図
【図１１】水車に取り付けたフランジと増速機の入力軸の嵌め方の詳細図
【図１２】図１１のＡＡ断面である。
【図１３】水車の替わりに風車を取り付けた図である。
【図１４】水力発電機発電機を利用した電気系統図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  発電機
３  増速機
５  増速機入力軸
７  フランジ
８、８１、２６  水車
１３、３２  支持台
１７  水車羽根
２４、３０  軸受け
２５  固定台
２７、２９  スプロケット
２８  チェーン
３４  ベッド
２３、３３、３５  水車軸
１００  風車
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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