(57)【要約】【課題】携帯や組み立てが容易であり、しかも簡易に設置することの可能な水流発電機を提供する。【解決手段】水流発電機１０は、発電機を格納するハウジング２１と、ハブ２３の周部に複数のブレード２４を放射状に配置して構成されるプロペラ２２と、を有する発電機本体部２０を備え、水流の流体力によってプロペラ２２を回転駆動させることにより、当該プロペラ２２に連結される発電機を駆動させて、電気エネルギーを生じさせるものである。そして、この水流発電機１０では、プロペラ２２が水流の下流側となるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を格納するハウジングと、
ハブの周部に複数のブレードを放射状に配置して構成されるプロペラと、
を有する発電機本体部を備え、
水流の流体力によって前記プロペラを回転駆動させることにより、当該プロペラに連結される前記発電機を駆動させて、電気エネルギーを生じさせる水流発電機であって、
前記プロペラが水流の下流側となるように構成されることを特徴とする水流発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の水流発電機において、
前記複数のブレードは、前記ハウジングの外形に沿うように折り畳み可能に構成されており、
水流中に水流発電機が投入されたときには、水流の流体力によって前記ハブの周囲で水流に正対するように拡翼可能であることを特徴とする水流発電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水流発電機において、
前記ハウジングは、一端側が拡径部となるとともに他端側が縮径部となる外観略涙滴形状を有して構成されており、前記縮径部である他端側に対して前記プロペラが配置されていることを特徴とする水流発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の水流発電機において、
前記ハウジングの前記拡径部である一端側には、前記発電機によって発電された電気エネルギーを外部に送電するケーブルが配置されていることを特徴とする水流発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水流発電機において、
前記発電機本体部の外周に設置されるブレード保護部を備え、
前記ブレード保護部は、水流に沿った方向で見た場合の外形が多角形状にて構成されるとともに、水流を阻害しないための開口部を有して構成されていることを特徴とする水流発電機。
【請求項６】
請求項５に記載の水流発電機において、
前記ブレード保護部は、複数の板状部材を組み合わせて構成されており、
前記複数の板状部材は、分解かつ折り畳み可能に構成されていることを特徴とする水流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護や石油代替エネルギーの確保の観点から、自然エネルギーの活用技術に関する研究開発に力が注がれている。一般的な自然エネルギーとしては、例えば、太陽エネルギー、風力エネルギー、水力エネルギー、潮汐力エネルギーなどから、バイオマス・エネルギーに至るまで、各種挙げることができる。これらは、自然界の途切れることのないエネルギーを各種の使用可能なエネルギーに転換しようとするものである。そして、前述する自然界のエネルギーのうち、水力エネルギーについては、我が国の地形的に豊富なエネルギー源として期待ができ、しかも水力発電技術には豊富な技術の蓄積がある。
【０００３】
また、水力エネルギーによって発電を行う技術には、水の落差を利用した位置エネルギーに基づく水力発電や、水の流れを利用した水流発電などが知られている。例えば、前者の落差を利用した水力発電を開示する先行技術文献としては、下記特許文献１等が存在しており、後者の水流を利用した水流発電を開示する先行技術文献としては、下記特許文献２等が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７０５５号公報
【特許文献２】特開２０１３−３２７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上掲した特許文献１、２等に代表される従来の発電機は、設備規模が大きいために、設置可能な場所が限られるという課題が存在していた。特に、我が国は、列島の中央を急峻な山脈が縦断し、国土の約７５％を山地が占めており、さらに我が国の河川は距離が短く急勾配という特徴を持っている。このため、水資源は豊富に存在するにもかかわらず、エネルギー源としての活用は不十分であった。
【０００６】
また、近年、災害現場における活動のための電源確保や、過疎地における小電力の供給等のために、小規模な河川や用水路を流れる水の水流を利用した発電設備や発電装置の開発が求められている。しかしながら、従来技術に係る発電機には、携帯や組み立てが容易であり、しかも簡易に設置することのできる形式のものが存在していなかった。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術に存在する課題の存在に鑑みて成されたものであり、その目的は、携帯や組み立てが容易であり、しかも簡易に設置することのできる従来技術では実現できなかった新たな水流発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る水流発電機は、発電機を格納するハウジングと、ハブの周部に複数のブレードを放射状に配置して構成されるプロペラと、を有する発電機本体部を備え、水流の流体力によって前記プロペラを回転駆動させることにより、当該プロペラに連結される前記発電機を駆動させて、電気エネルギーを生じさせる水流発電機であって、前記プロペラが水流の下流側となるように構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、携帯や組み立てが容易であり、しかも簡易に設置することの可能な水流発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る水流発電機の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が正面側の外観斜視図であり、分図（ｂ）が背面側の外観斜視図である。
【図２】本実施形態に係る水流発電機の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が側面視を示し、分図（ｂ）が背面視を示している。
【図３】本実施形態に係る水流発電機が備える発電機本体部の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が正面側の外観斜視図であり、分図（ｂ）が背面側の外観斜視図である。
【図４】本実施形態に係る水流発電機が備える発電機本体部の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が側面視を示し、分図（ｂ）が背面視を示している。
【図５】本実施形態に係る発電機本体部において、ブレードを折り畳んだ状態を示す外観図であり、図中の分図（ａ）が背面側から見た斜視図であり、分図（ｂ）が側面側から見た図である。
【図６】本実施形態に係るブレード保護部の構造を説明するための模式図である。
【図７】分解されたブレード保護部の構造を説明するための斜視図であり、図中の分図（ａ）がブレード保護部を分解した状態を示し、分図（ｂ）が分解したブレード保護部をさらに折り畳んだ状態を示す図である。
【図８】分解されたブレード保護部の構造を説明するための正面図と側面図であり、図中の分図（ａ）がブレード保護部を分解した状態を示し、分図（ｂ）が分解したブレード保護部をさらに折り畳んだ状態を示す図である。
【図９】本実施形態に係る水流発電機の使用状態例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
まず、本実施形態に係る水流発電機１０の外観構成について、図１〜図４を参照して説明を行う。ここで、図１は、本実施形態に係る水流発電機の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が正面側の外観斜視図であり、分図（ｂ）が背面側の外観斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る水流発電機の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が側面視を示し、分図（ｂ）が背面視を示している。さらに、図３は、本実施形態に係る水流発電機が備える発電機本体部の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が正面側の外観斜視図であり、分図（ｂ）が背面側の外観斜視図である。またさらに、図４は、本実施形態に係る水流発電機が備える発電機本体部の外観形状を示す図であり、図中の分図（ａ）が側面視を示し、分図（ｂ）が背面視を示している。なお、本実施形態に係る水流発電機１０の使用状態は後述するが、正面側が水流の上流側に、背面側が水流の下流側になるように配置されて用いられることとなる。
【００１３】
本実施形態に係る水流発電機１０は、発電機本体部２０と、この発電機本体部２０の外周に設置されるブレード保護部３０とを備えて構成されている。
【００１４】
発電機本体部２０は、不図示の発電機を格納するハウジング２１を有して構成されており、当該ハウジング２１は、一端側である正面側（すなわち、水流の上流側）が拡径部となるとともに他端側である背面側（すなわち、水流の下流側）が縮径部となる外観略涙滴形状を有して構成されている。
【００１５】
ハウジング２１の縮径部である他端側（背面側、水流の下流側）に対しては、プロペラ２２が配置されている。このプロペラ２２は、略円錐形状をしたハブ２３の周部に例えば３枚のブレード２４を放射状に配置して構成されるものである。３枚のブレード２４のそれぞれの断面は、翼断面形状を有して構成されている。したがって、水流発電機１０の正面側である上流側から流れてくる水流が３枚のブレード２４に流体力を及ぼすことで、プロペラ２２が回転駆動されるように構成されている。水流の流体力によってプロペラ２２を回転駆動させることにより、当該プロペラ２２に連結される不図示の発電機を駆動させて、電気エネルギーを生じさせることが可能となる。
【００１６】
また、ハウジング２１の拡径部である一端側（正面側、水流の上流側）には、不図示の発電機によって発電された電気エネルギーを外部に送電するための高強度ケーブル２５が配置されている。図１〜図４では、高強度ケーブル２５の一部のみが示されているが、この高強度ケーブル２５は大きな長さを持って構成されており、水流発電機１０から離れた場所、例えば、川岸や河川に掛かった橋の上、用水路の護岸部などに架け渡されることで水流中に水流発電機１０を投入設置するとともに、水流発電機１０から離れた場所に設置された蓄電池等に送電を行うことが可能となっている。
【００１７】
また、上述した発電機本体部２０の外周にブレード保護部３０を設置することができる。このブレード保護部３０は、発電機本体部２０の外表面から放射状に設置された６枚のプレート部材３１と、このプレート部材３１の外方端部をつなぐプレート部材３２との組み合わせによって構成されている。そして、本実施形態に係るブレード保護部３０は、正面側から見た場合、すなわち、水流に沿った方向で見た場合の外形が六角形状にて構成されている。また、水流を阻害しないようにするために、正面側から背面側に抜けるように６箇所の開口部３３を有して構成されている。
【００１８】
本実施形態に係るブレード保護部３０は、正面視での外郭形状が六角形状にて構成されているので、水流中に投入されたときに、外周を形成するプレート部材３２の平面形状に基づく作用によって、例えば、川底や用水路の壁面などに沿うことで水流発電機１０が水流中で動いてしまうことを防止することが可能となっている。つまり、ブレード保護部３０の形状作用によって、水流発電機１０は水流中で安定した設置状態が維持されるので、水流からの流体力は、プロペラ２２が備えるブレード２４に対してのみ伝達され、安定した発電が実施できるようになっている。特に、発電機本体部２０については、３枚のブレード２４が水流の流体力を受けることで発電機本体部２０自体が自回りしようとする力が発生した場合、ブレード保護部３０によって、発電機本体部２０が自回りすることを好適に防止することができるので、低コストで安定的な発電が可能となる。
【００１９】
また、ブレード保護部３０に形成された６箇所の開口部３３は、水流に沿って配置された６枚のプレート部材３１と、このプレート部材３１の外方端部をつなぐ６枚のプレート部材３２との組み合わせによって構成されているので、当該開口部３３を通過する水流は、渦が発生することの無い層流状態でプロペラ２２が備えるブレード２４に対して流体力を及ぼすこととなる。かかる状態は、流体力を非常に効率よく電気エネルギーに変換することに寄与している。つまり、本実施形態に係る水流発電機１０が備える構成は、非常に発電効率の高い構成であるということができる。
【００２０】
さらに、ブレード保護部３０の設置によって、水流中で回転する３枚のブレード２４は、水底や水路の壁面等に接触することがない。したがって、本実施形態に係る水流発電機１０は、使用中におけるブレード２４等の破損を好適に防止できる構成を有しており、かかる構成からも、低コストで安定的な発電が可能な水流発電機１０が実現できる。
【００２１】
以上、本実施形態に係る水流発電機１０の外観構成について説明を行った。しかし、本実施形態に係る水流発電機１０は、高い携帯性を備えた構成を有するものでもある。そこで、次に、図５〜図８を参照図面に加えることで、本実施形態に係る水流発電機１０が備えるさらなる特徴を説明する。ここで、図５は、本実施形態に係る発電機本体部において、ブレードを折り畳んだ状態を示す外観図であり、図中の分図（ａ）が背面側から見た斜視図であり、分図（ｂ）が側面側から見た図である。また、図６は、本実施形態に係るブレード保護部の構造を説明するための模式図である。さらに、図７および図８は、分解されたブレード保護部の構造を説明するための図であり、図中の分図（ａ）がブレード保護部を分解した状態を示し、分図（ｂ）が分解したブレード保護部をさらに折り畳んだ状態を示す図である。なお、図７では、斜視図が示されており、図８では、正面図と側面図が示されている。
【００２２】
まず、本実施形態に係る水流発電機１０については、発電機本体部２０とブレード保護部３０とに分解することが可能となっている。そして、図５に示すように、水流発電機１０からブレード保護部３０を取り外した状態の発電機本体部２０については、略円錐形状をしたハブ２３の周部に配置された３枚のブレード２４が、ハウジング２１の外形に沿うように折り畳み可能に構成されている。すなわち、３枚のブレード２４とハブ２３との接続部には、ヒンジ２６が設置されており、発電機本体部２０の使用時には３枚のブレード２４がハブ２３に対して放射状に開くことができるとともに、発電機本体部２０の未使用時には３枚のブレード２４を折り畳んで発電機本体部２０をコンパクトな外形とすることが可能となっている。
【００２３】
また、本実施形態に係る発電機本体部２０については、たとえ３枚のブレード２４が折り畳まれた状態で水流中に水流発電機１０が投入されたときであっても、水流の流体力を３枚のブレード２４が受けることで、３枚のブレード２４はハブ２３の周囲で水流に正対するように拡翼可能となっている。つまり、本実施形態に係る発電機本体部２０は、収納性や携帯性に優れるだけでなく、収納状態から使用状態へと簡易に形態を変更することができるので、非常に使用し易い構成を有する発電機であるということができる。
【００２４】
一方、本実施形態に係るブレード保護部３０についても、分解可能であり携帯性の優れた構成を採用することができる。例えば、本実施形態に係るブレード保護部３０は、図６の分図（ａ）中で網掛けして示されるプレート部材αと、図６の分図（ｂ）中で網掛けして示される外郭略三角形状をしたプレート構造体βとで構成することができる。すなわち、本実施形態に係るブレード保護部３０は、３枚のプレート部材αと、３個のプレート構造体βとを組み合わせることで構成することができる。
【００２５】
そして、図７および図８で示すように、３個のプレート構造体βについては、ブレード保護部３０の外周を構成するプレート部材３２について、中央位置で折り畳めるように蝶番構造を有して構成することができる。かかる構成を採用することで、図７および図８それぞれの分図（ｂ）で示すように、外郭略三角形状をしたプレート構造体βを折り畳むことができ、収納性と携帯性に優れた構成とすることが可能となる。なお、本発明に係るブレード保護部については、複数の板状部材を組み合わせて構成されるとともに、当該複数の板状部材は、分解かつ折り畳み可能に構成されていればよく、その構成は、例えば図７および図８に例示のものには限られず、あらゆる分解・折り畳み構造を採用することが可能である。
【００２６】
なお、上述した構成を有する発電機本体部２０とブレード保護部３０との接続手段については、あらゆる公知の手段を用いることができる。例えば、ボルト等を用いて締結を行う接続手段を用いても良いし、発電機本体部２０とブレード保護部３０との接続部に嵌め合い可能なスリット形状を形成し、このスリット形状同士を嵌め合わせることで接続を行う接続手段を設けることも可能である。つまり、本発明では、発電機本体部２０とブレード保護部３０とを簡易に接続できる手段であれば、どのような接続手段を用いてもよい。
【００２７】
以上、本実施形態に係る水流発電機１０の具体的な構成を説明した。次に、図９を用いて、本実施形態に係る水流発電機１０の使用状態例を説明する。ここで、図９は、本実施形態に係る水流発電機の使用状態例を説明するための図である。
【００２８】
図９に示すように、本実施形態に係る水流発電機１０は、上流側に設置された高強度ケーブル２５から下流に向けて係留される形で、水流発電機１０の発電機本体部２０とブレード保護部３０とが設置される場合、ブレード保護部３０が有するプレート部材３１，３２の効果によって、発電機本体部２０とブレード保護部３０とは、正面側が水流方向に対して正対するように配置されることとなる。また、プレート部材３１，３２の効果によって、水流は層流状態で３枚のブレード２４に流体力を及ぼすこととなるので、プロペラ２２は、効率良い回転運動が可能となる。
【００２９】
さらにこのとき、本実施形態に係るブレード保護部３０は、正面視での外郭形状が六角形状にて構成されているので、水流中に投入されたときに、外周を形成するプレート部材３２の平面形状に基づく作用によって、当該プレート部材３２が川底等に沿うことで、水流発電機１０が水流中で動いてしまうことを好適に防止することが行われることとなる。つまり、ブレード保護部３０の形状作用によって、水流発電機１０は水流中で安定した設置状態が維持されるので、水流からの流体力は、プロペラ２２が備えるブレード２４に対してのみ伝達され、安定した発電が実施できるようになっている。
【００３０】
なお、本実施形態に係る水流発電機１０は、高強度ケーブル２５を河川等の上流側の任意の位置に固定し、発電機本体部２０とブレード保護部３０とを水流中に投入するだけで簡単に発電を開始することができるので、従来技術のように大規模な架台や基礎構造等を必要とすることがない。したがって、本実施形態に係る水流発電機１０によれば、非常に簡易に設置することのできる従来技術では実現できなかった新たな水流発電機を提供することが可能となっている。また、上述したように、本実施形態に係る水流発電機１０は、携帯や組み立てが容易であるため、例えば、屋外活動のための電源確保や、過疎地における小電力の供給等のために好適に用いることが可能である。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３２】
例えば、上述した実施形態では、ブレード保護部３０は、正面側から見た場合、すなわち、水流に沿った方向で見た場合の外形が六角形状にて構成されている場合が例示されていた。しかしながら、本発明に係るブレード保護部の形状は、水流に沿った方向で見た場合の外形が多角形状にて構成されていればよく、六角形状を含むあらゆる多角形状を採用することができる。
【００３３】
また例えば、上述した実施形態では、プロペラ２２は、略円錐形状をしたハブ２３の周部に３枚のブレード２４を放射状に配置して構成されるものであった。しかしながら、本発明に係るブレードの枚数については、複数であれば何枚でもよい。本発明に係るブレードの枚数については、水流発電機の使用環境や仕様条件等に応じて任意に選択することが可能である。
【００３４】
その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  水流発電機、２０  発電機本体部、２１  ハウジング、２２  プロペラ、２３  ハブ、２４  ブレード、２５  高強度ケーブル、２６  ヒンジ、３０  ブレード保護部、３１，３２  プレート部材、３３  開口部、α  プレート部材、β  プレート構造体。
【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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