(57)【要約】【課題】  既存の運搬車で移動でき、維持管理に特殊な技術の不要な自然エネルギーを利用した揚水式小水力発電装置を提供すること。【解決手段】  渦の力とラセン水車を組み合わせることで、少ない落差でも効率よく発電でき、太陽電池パネルを併用することから、河川の近傍に設置する装置であった水車が内陸の荒野でも電力を供給できる自立式発電装置になる。エネルギー源は太陽光であるから、ＣＯ２の排出もなく環境に優しくコスト不要の電力源であり、必要な時に安心安全な電力を供給してくれる次世代の揚水式小水力発電装置である。  無配電地域の解消に役立つだけでなく、エネルギーコストが不要であるから都会地でも、経済性が得られ、新産業の創造や起業にも利するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動が可能な自立した揚水式水力発電装置において、異径で勾配が異なるラセン状の水管と、外輪を持つ羽根車と、前記羽根車の回転軸に連結された発電機と、太陽電池パネルと電動ポンプと貯水タンクと貯留タンクを配設し、前記太陽電池パネルの発電電力により電動ポンプを駆動し、前記貯水タンクの貯水を揚水し前記貯留タンクに貯留し、随時に前記ラセン状の水管を通過した渦流によって前記羽根車が回転し、前記羽根車に連結された前記発電機が回転して発電するように構成されていることを特徴とする揚水式小水力発電装置。
【請求項２】
前記貯留タンクを密閉構造にしたことを特徴とする請求項１に記載の揚水式小水力発電装置。
【請求項３】
前記貯水タンクと前記貯留タンクと前記太陽電池パネルを地形や建設環境に合わせて適所に配設し、地下水や雨水、水道などで循環水の減水を自動補給するように配設したことを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の揚水式小水力発電装置。
【請求項４】
前記貯水タンクと前記貯留タンク間の循環水に不凍液を混入することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の揚水式小水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽光発電と水力発電装置と貯留を組み合わせて時差発電をする装置で、河川近傍から離れた内陸に設置する揚水式水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  夜間の余剰電力を揚水し昼間に発電する揚水式水力発電装置は大電力の蓄電装置として実用化され広く知られている。また、化学電池による蓄電は一般的であるが維持コストなどから、普及していない。【０００３】  小水力発電装置は水流の近傍に設置するものであり、同様に風力発電も設置場所によって発電量の差が大きく不安定である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  個人の所有する土地や建築物の屋上などに設置する自然エネルギーを利用した発電装置は、電力が必要な時に発電し、燃料費が不要であることを求めている。【０００５】  太陽光発電は日照時に限定され、発電した電力は化学電池に蓄電し、随時に電力を取り出せるが、化学電池は製品寿命を持っており維持コストを必要とする。【０００６】  自然災害地や工事現場の電源は、既存の運搬車で移動することと、無給油であって維持管理に特殊な技術の不要な発電装置であることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の揚水式小水力発電装置は、移動が可能な自立した揚水式水力発電装置において、異径で勾配が異なるラセン状の水管と外輪を持つ羽根車と、前記羽根車の回転軸に連結された発電機と、太陽電池パネルと電動ポンプと貯水タンクと貯留タンクを配設し、前記太陽電池パネルの発電電力により電動ポンプを駆動し、前記貯水タンクの貯水を揚水し前記貯留タンクに貯留し、随時に前記ラセン状の水管を通過した渦流によって前記羽根車が回転し、前記羽根車に連結された前記発電機が回転して発電するように構成されていることを特徴とするものである。【０００８】  次に、本発明の請求項２に記載の揚水式小水力発電装置は、貯留タンクを密閉構造にしたことを特徴とするものである。【０００９】  次に、本発明の請求項３に記載の揚水式小水力発電装置は、前記貯水タンクと前記貯留タンクと前記太陽電池パネルを地形や建設環境に合わせて適所に配設し、地下水や雨水、水道などで循環水の減水を自動補給するように配設したことを特徴とするものである。【００１０】  次に、本発明の請求項４に記載の揚水式小水力発電装置は、前記貯水タンクと前記貯留タンク間の循環水に不凍液を混入することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】  請求項１ないし４に係る発明によれば、太陽光発電の電力で揚水し、高所に貯留された水は蓄電池と同じように必要な時に、落差を利用した水車発電による安定した電力の供給を可能にすることができる。【００１２】  また、貯留タンクと貯水タンクの水面の高低差を１ｍ以上にしても、揚水式小水力発電装置の高さを２ｍ以内にできるため、車両等で簡単に運搬移動ができる。【００１３】  用途として電気自動車の充電スタンド、非常電源・災害や臨時の電源、自給電源や売電、低開発国の複数家屋への配電等に適し、新しい生活、新しい産業などの価値を創造する。【００１４】  請求項２に係る発明によれば、貯留タンクを密閉構造にし、電動ポンプで揚水することによって貯留タンク内の空気が圧縮されるが、規定値まで加圧するのと発電時の空気圧の減少を補うことで、羽根車に連結された発電機の発電出力を大きくすることができる。【００１５】  請求項３に係る発明によれば、水道水や雨水、地下水を利用して、蒸発や漏れ等による減水を自動で補給する装置を付加することで維持管理の費用を少なくすることができる。【００１６】  請求項４に係る発明によれば、貯水に不凍液を混入することで機器の寿命を延ばすとともに、水力発電と無縁のビルや工場の屋上から無配電の農山村の奥地にまで設置範囲を広げ、しかも化石燃料を使っていないので、取扱いも簡便であり危険性も少なく無人運転も可能な経済性の高い揚水式小水力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】太陽光発電を利用した自立型の揚水式小水力発電装置の概略構成図である。
【図２】揚水式小水力発電装置の概略構成を示す配置図である。
【図３】水車の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  この発明の太陽光発電と揚水発電を併用する揚水式小水力発電装置は自立していることから内陸において必要な時間に発電する実施形態を解りやすく描いた図面に基づいて説明するが、これらによってこの発明は限定されるものではない。また、太陽電池バネルは出力が大きく出る角度と方向に設置されているものとする。
【００１９】  図１に示した本実施形態の揚水式小水力発電装置は、架台１に配設されている太陽電池パネル５は、運転時には傾斜角度を適切な位置に変更でき、移送時には本体に固着する機構を有し、貯水タンク７と貯留タンク８は不凍液を混入し循環使用する水をそれぞれに貯め、電動ポンプ６と水車２と発電機４とこれらに付随するものも架台１に配設し自立構造をなしている。
【００２０】  太陽電池パネル５の発電能力は、顧客が必要とする電力積をもとに電動ポンプ６と水車２と発電機４の損失積を加え日照時間で除したものになる。この値を中心に貯留タンク８と貯水タンク７の容量がきまり、これをもとに自立する形態に収める。
【００２１】  太陽電池パネル５の発電電力によって電動ポンプ６を駆動し、貯水タンク７の水を貯留タンク８へ吸水管１１を通って揚水する。吸水管１１の下部には逆流防止弁１９を有しており、貯留タンク８の水が吸水管１１を通って貯水タンク７へ流れ込まないようになっている。
【００２２】  貯留タンク８の水は排水バルブ１７を開放すると貯留タンク８から電動バルブ１６を持つ導入管３を経て水車２を通り、水車２に内蔵された羽根車を回転させ、羽根車に連結されたプーリ１５が回転し伝導ベルト１４によって発電機４が回転して発電する。羽根車を回転させた水は放水管２９から貯水タンク７へ放水され、循環水として再利用する。
【００２３】  貯留タンク８の底部に配設された水車２への導入管３の電動バルブ１６が信号により開くと、発電を開始し必要とする電力がえられ、閉じると発電を停止する。
【００２４】  貯留タンク８に配設されている排水管９は、貯留水を一定のレベルを保つ機能を有し、貯水タンク７への不凍液の注入と減水を補う注入口１０を持っており、循環水には、設置場所の気象条件に合わせて不凍液を適切に混入し、防腐性と耐寒性を高くし機器を保護する。
【００２５】  揚水式小水力発電装置の架台１には装備機器を効率的に制御する装置と作動状態の表示および手動運転や操作を可能とする装置と防災や保安機器をまとめて収納する制御盤１２を配設している。
【００２６】  太陽電池パネル５の発電電圧が設定された値を下回る時は各種機器を制御する電源の蓄電池に充電をし、設定された値を越えると電動ポンプ６を作動させて、貯水タンク７の循環水を揚水し貯留タンク８に貯留する。
【００２７】  設置場所にあわせて、循環する水の不凍液の割合を変えることにより、低温時の凍結を防ぎ機器を保護することで広範囲の土地に設置できる。
【００２８】  図２に示した本実施形態の揚水式小水力発電装置の水車２は、上部と中部と下部からなっており、上部は垂下する水流に回転を促すガイド板２２を配設し、中部には次第に細く絞られ下方は広がりを持たした異径の水管２６と、中心に配した直管２４との間に勾配が異なる螺旋板２５を配し、下部には回転自在の回転軸２１に外輪２７を持つ羽根車２８を連結し、回転軸２１は水管２６の中心を貫通し防水パッキン２３を経て発電機４に伝導する伝導ベルト１４用のプーリ１５を固着している。
【００２９】  水管２６は通過する水流に対して徐々に断面積を絞ることで、次第に渦の回転を速め、水管２６の出口では遠心力で放射状に広がり、外輪２７を持つ羽根車２８は渦に捲き込こまれ抗することなく回転することから、連結されている発電機４は高出力を得ることができる。
【００３０】  これによって従来の落差の下限を１ｍにしたことにより、貯留タンクと貯水タンクの水面の高低差を１ｍ以上にすれば良いことから、装置の高さを２ｍ以内になるよう架台に装備を配設することで自立し、運搬移動を可能にすることができる。
【００３１】  羽根車２８は発電機４が無負荷になると高速回転になり、水を無駄に消費することから、消費電流を監視し、内部の負荷抵抗に切り替えて回転を遅くして節水し、無負荷時には発電を停止する。
【００３２】  本実施形態の揚水式小水力発電装置の最大の特長は、エネルギー源は無償の太陽光であり、メンテナンスが少なく安全であることと、必要なところで、必要な時間に発電することができることであり、注意することは水漏れの目視点検程度であるから、専門知識も不要であり経済性の高い揚水式小水力発電装置を提供できることである。
【００３３】  太陽電池パネル５に積雪や日陰の地域以外であれば、設置ができるため、無配電地域の大半に設置でき、土地の有効活用が、産業の創造や起業につながる揚水式小水力発電装置である。
【００３４】  揚水式小水力発電装置の使用例として、道路脇の自販機の電源、充電スタンドや道の駅や野菜市場や小店舗、ビルの内外や空き地で自家電源や時差売電、公園やキャンプ場の夜間照明、モニュメント、自立移動型は非常電源、緊急電源、災害電源、各種現場電源、イベント用電源などがある。
【符号の説明】
【００３５】  １  揚水式小水力発電装置の架台
２  水車
３  導入管
４  発電機
５  太陽電池パネル
６  電動ポンプ
７  貯水タンク
８  貯留タンク
９  排水管
１０、１３  注入口
１１  吸水管
１２  制御盤
１４  伝導ベルト
１５  プーリ
１６  電動バルブ
１７  排水バルブ
１９  逆流防止弁
２１  回転軸
２２  ガイド板
２３  防水パッキン
２４  直管
２５  ラセン板
２６  水管
２７  外輪
２８  羽根車
２９  放水管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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