(57)【要約】【課題】低コストで簡易的且つ分散的に設置する小規模の水力発電に適する水流利用の発電装置を提供すること。【解決手段】外周部を形作っている回転ドラム１２が、回転ドラム１２の内部である内蔵部１４に対して軸心を中心に回転自在に設けられ、水流の中に浮いた状態で該水流を受けて回転されることで発電する発電ユニットと、発電ユニット１０を、前記水流の中に係留する係留材２０と、内蔵部１４に水密状態で接続され、発電された電気を集める集電線３０とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部を形作っている回転ドラムが、該回転ドラムの内部である内蔵部に対して軸心を中心に回転自在に設けられ、水流の中に浮いた状態で該水流を受けて回転されることで発電する発電ユニットと、
該発電ユニットを、前記水流の中に係留する係留材と、
前記内蔵部に水密状態で接続され、発電された電気を集める集電線とを具備することを特徴とする水流利用の発電装置。
【請求項２】
前記回転ドラムの軸心が水流に沿うように、前記発電ユニットが水流の中に係留されていることを特徴とする請求項１記載の水流利用の発電装置。
【請求項３】
前記回転ドラムの軸心が水流と実質的に直交するように、前記発電ユニットが水流の中に係留されていることを特徴とする請求項１記載の水流利用の発電装置。
【請求項４】
複数の前記発電ユニットを、前記係留材を介して前記水流に沿うように直列に配したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水流利用の発電装置。
【請求項５】
前記係留材と前記集電線とが一体的に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水流利用の発電装置。
【請求項６】
前記回転ドラムの形状が、前記水流を受けて前記軸心が水流の方向に倣うように前記水流を先に受ける側が流線形状に設けられ、前記回転ドラムが回転するように水流を受ける実質的な斜面を備えることを特徴とする請求項２記載の水流利用の発電装置。
【請求項７】
前記回転ドラムの全体形状が、ラグビーボールのような楕円形であることを特徴とする請求項６記載の水流利用の発電装置。
【請求項８】
前記水流を受ける実質的な斜面が、前記回転ドラムの外周面に彫り込まれた形状の水流受け溝部によって設けられていることを特徴とする請求項６又は７記載の水流利用の発電装置。
【請求項９】
前記回転ドラムの側に永久磁石が配置され、前記内蔵部に巻線が配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の水流利用の発電装置。
【請求項１０】
前記回転ドラム及び／又は前記内蔵部に、前記回転ドラムを前記水流の中に浮いた状態とする浮き部が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の水流利用の発電装置。
【請求項１１】
前記発電ドラムを前記水流の中に浮いた状態とするように、前記係留材に浮きが繋がれていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の水流利用の発電装置。
【請求項１２】
流木等が前記回転ドラムの回転を妨げないように、前記発電ユニット及び前記係留材の周囲を囲む防護ネットが設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の水流利用の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸流水車や下掛け水車の原理を用いた水流利用の発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水車を利用した発電装置は、種々のものが開発されている。その中で低落差に適応する水車としては、プロペラ水車や開放型下掛け水車が知られている。プロペラ水車は、回転軸心に沿って水が流れる構造であって、軸流水車である。また、開放型下掛け水車は古典的な水車である。
【０００３】
従来のプロペラ水車を利用した発電装置にあっては、全体構造が大型化し、管路等の水路を必要とするなどの制約があった。そのため、低コストで簡易的且つ分散的に設置するマイクロ水力発電には適していなかった。
また、開放型下掛け水車にあっても、水路を構築する必要があり、低コストで簡易に設置できるものではなかった。
【０００４】
これに対して、固定案内羽根と回転羽根車からなるユニット軸流水車の複数台を、同一流路内におけて流水方向の同一軸線上に直列に配置し、複数台のユニット軸流水車の軸出力により、同一軸線上に設置した１台の発電機を回転駆動し、発電するようにした軸流水車発電装置が提案されている（特許文献１参照）。
これによれば、製造能率を向上できると推測されるが、基本的な構成においては従来のものと大きな差異がないものと考えられる。
【特許文献１】特開２００１−２２１１４１（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水流利用の発電装置に関して解決しようとする問題点は、従来の軸流水車や下掛け水車を利用した発電装置が、低コストで簡易的且つ分散的に設置する比較的小規模の水力発電には適しなかった点にある。
そこで本発明の目的は、低コストで簡易的且つ分散的に設置する小規模の水力発電に適する水流利用の発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
【０００７】
本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、外周部を形作っている回転ドラムが、該回転ドラムの内部である内蔵部に対して軸心を中心に回転自在に設けられ、水流の中に浮いた状態で該水流を受けて回転されることで発電する発電ユニットと、該発電ユニットを、前記水流の中に係留する係留材と、前記内蔵部に水密状態で接続され、発電された電気を集める集電線とを具備する。
【０００８】
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記回転ドラムの軸心が水流に沿うように、前記発電ユニットが水流の中に係留されていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記回転ドラムの軸心が水流と実質的に直交するように、前記発電ユニットが水流の中に係留されていることを特徴とすることができる。
【０００９】
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、複数の前記発電ユニットを、前記係留材を介して前記水流に沿うように直列に配したことを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記係留材と前記集電線とが一体的に設けられていることを特徴とすることができる。
【００１０】
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記回転ドラムの形状が、前記水流を受けて前記軸心が水流の方向に倣うように前記水流を先に受ける側が流線形状に設けられ、前記回転ドラムが回転するように水流を受ける実質的な斜面を備えることを特徴とすることができる。
【００１１】
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記回転ドラムの全体形状が、ラグビーボールのような楕円形であることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記水流を受ける実質的な斜面が、前記回転ドラムの外周面に彫り込まれた形状の水流受け溝部によって設けられていることを特徴とすることができる。
【００１２】
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記回転ドラムの側に永久磁石が配置され、前記内蔵部に巻線が配置されていることを特徴とすることができる。
【００１３】
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記回転ドラム及び／又は前記内蔵部に、前記回転ドラムを前記水流の中に浮いた状態とする浮き部が一体的に設けられていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、前記発電ドラムを前記水流の中に浮いた状態とするように、前記係留材に浮きが繋がれていることを特徴とすることができる。
【００１４】
また、本発明にかかる水流利用の発電装置の一形態によれば、流木等が前記回転ドラムの回転を妨げないように、前記発電ユニット及び前記係留材の周囲を囲む防護ネットが設けられていることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水流利用の発電装置によれば、低コストで簡易的且つ分散的に設置する小規模の水力発電に適するという特別顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる水流利用の発電装置の最良の形態例を添付図面（図１〜３）に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかる水流利用の発電装置の形態例を示す側面図である。図２は発電ユニットの形態例を示す側面図である。図３は発電ユニットの他の形態例を示す側面図である。
【００１７】
１０は発電ユニットであり、外周部を形作っている回転ドラム１２が、その回転ドラム１２の内部である内蔵部１４に対して軸心を中心に回転自在に設けられ、その軸心の延長方向に沿って流れる水流(矢印)を受けてその水流の中に浮いた状態で回転されることで発電する。
回転ドラム１２が、スムーズに回転できるように、内蔵部１４にベアリング（図示せず）を介して取り付けられるとよい。なお、ベアリングが回転ドラム１２の両端部のそれぞれに配されることで、回転ドラム１２はバランスよく回転できる。
【００１８】
２０は係留材であり、内蔵部１４に連結・係合され、発電ユニット１０を、図１に示すように水流（矢印）の中に係留する。これにより、回転ドラム１２の軸心が水流に沿うように、発電ユニット１０が水流の中に係留されている。
本形態例の係留材２０には、被固定物４０に固定するための固定ワイヤー２１と、発電ユニット１０、１０同士を連結する連結ワイヤー２２によって構成されている。また、図１に示すように、末端の発電ユニット１０は自由端になっている。
なお、この係留材２０は断続的なものでもよいし、複数の発電ユニット１０を貫く連続的なものでもよい。また、その材料は、ワイヤーの他に、柔軟性のあるケーブル、鎖、棒状材等を適宜選択的に用いればよい。なお、棒状材を用いる際は、自在継手で連結することで、水流に倣う柔軟性を得ることができる。また、水流の方向が一定の場合には、発電ユニット１０の末端（下流側端）を固定する形態としてもよいのは勿論である。
【００１９】
３０は集電線であり、内蔵部に水密状態で接続され、発電された電気を集める。
本形態例では、係留材２０と集電線３０とが一体的に設けられている。係留材２０の内部に集電線３０が挿通されており、集電線３０が内電線となっている。
この集電線３０としては、通常の電線でもよいが、より水密性と強度の優れた同軸ケーブルを用いてもよい。
【００２０】
以上に説明した水流利用の発電装置によれば、低コストで簡易的且つ分散的に設置する小規模の水力発電に適する構成になっている。
【００２１】
そして、本形態例では、複数の発電ユニット１０が、係留材２０を介して水流に沿うように直列に配されている。
このように、配することで、水流をより効果的に受け止めることができ、効率のよい発電を行うことができる。
【００２２】
また、本形態例では、回転ドラム１２の形状が、水流を受けて軸心が水流の方向に倣うように水流を先に受ける側が流線形状に設けられ、回転ドラム１２が回転するように水流を受ける実質的な斜面１６を備える。
このように流線形状に形成することで、回転ドラム１２の軸が水流の流れに沿うように、その向きを安定させることができる。また、抵抗ロスを低減し、水流の力を回転ドラム１２の回転力にスムーズに変換できるように、その水流を適切に案内できる。
なお、軸線と平行で起立した方向板を連結ワイヤー２２等に取り付けることでも、回転ドラム１２の向きを水流の流れに沿わせることができる。
【００２３】
また、本形態例では、回転ドラムの全体形状が、図２に示すように、ラグビーボールのような楕円形である。さらに、図３に示すように、砲弾の形状であってもよい。
これらの形状によれば、全体形状としては流体抵抗になりにくいため、エネルギーの変換ロスを低減できる。
【００２４】
また、水流を受ける実質的な斜面１６が、回転ドラム１２の外周面に彫り込まれた形状の水流受け溝部によって設けられているとよい。なお、実質的な斜面１６とは、抗力面と言い換えることもできる。
そして、図２又は図３に示すように、水流受け溝部は螺旋状に形成されてもよい。これによっても実質的な斜面１６を備えることになる。
このように実質的な斜面１６が水流受け溝部によって設けられることで、魚などの野生生物を傷付けにくい形態になっている。つまり、自然環境にやさしい形態になっている。
【００２５】
なお、本発明はこれに限定されず、設置条件によっては、羽根を適切に突起させて、より水流の力を受けて発電能力を大きくするようにしてもよい。つまり、プロペラ形状やスクリュウ形状を否定するものではない。
【００２６】
また、本形態例では、回転ドラム１２の側に永久磁石が配置され、内蔵部１４に巻線が配置された構成となっている。なお、その巻線は漏電しないように水密されている。
この構成によれば、電気的な接続部に機械的に摺接する部分を設けることを要せず、漏電を防止できる。従って装置の信頼性を向上できる。
【００２７】
また、回転ドラム１２及び／又は内蔵部１４に、回転ドラム１２を水流の中に浮いた状態とする浮き部が一体的に設けられていてもよい。なお、回転ドラム１２を水流の中に浮いた状態とするとは、回転ドラム１２が発電ユニット１０の外形部であるから、発電ユニット１０を水流の中に浮いた状態とすることと同じことである。これによれば、回転ドラム１２を水流の中に効果的に配することができ、発電効率を向上できる。
回転ドラム１２の一部が、図１に示すように水面６０の上に露出するように浮いていてもよい。なお、流水のエネルギーを多く受けるためには、回転ドラム１２多くの部分が水没した状態にするとよい。
【００２８】
また、回転ドラム１２を水流の中に浮いた状態とするには、係留材２０に浮きが繋がれていてもよい。魚釣り用の浮きと同様の原理で、回転ドラム１２を水中に吊ることができる。
これによれば、回転ドラム１２を完全に水没させ、その回転ドラム１２所定の深さに位置させることができる。回転ドラム１２の全面で水流を受けることになり、発電効率を向上できる。
【００２９】
また、流木等が回転ドラム１２の回転を妨げないように、発電ユニット１０及び係留材２０の周囲を囲む防護ネット５０が設けられていてもよい。
川を流れる流木やゴミ等を分離するには、これに限らず、他の周知慣用技術を用いてもよいのは勿論である。また、回転ドラム１２に適切に水流を当てる流路を設けてもよい。
【００３０】
次に、本発明にかかる水流利用の発電装置について、他の最良の形態例を添付図面（図４〜６）に基づいて詳細に説明する。
図４は本発明にかかる水流利用の発電装置の形態例を示す斜視図である。図５は本発明にかかる水流利用の発電装置の他の形態例を示す斜視図である。図６及び図７は発電ユニットの他の形態例を示す斜視図である。図１〜３に示した形態例の構成と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００３１】
これら形態例によれば、回転ドラム１２の軸心が水流と実質的に直交するように、発電ユニット１０が水流の中に係留材２０によって係留される構成になっている。
図４に示す回転ドラム１２は、浮遊性があり、その外周面に外方へ突起した形態の複数のファンブレード１８を備える。そのファンブレード１８は、軸線方向と実質的に平行に延設されると共に、実質的に径方向へ放射状に突起した形状に設けられている。また、各ファンブレード１８の外縁は円弧状に形成されている。このフィンブレード１８は、例えば硬めのゴム材のような柔軟性を有するもので構成することができる。
また、図４に示す係留材２０は、伸縮性があって、水面の高さの変化に応じて浮遊する発電ユニット１０の高さ位置が変化できるようになっている。なお、この係留材２０としては、柔軟性や回動性を備えるものを採用することによって、水面の高さ変化に応じることができる構成にすることもできる。また、この係留材２０としては、浮遊できる発電ユニット１０を上方から吊り下げる形態とすることもできる。
４２はアンカーであり、水底に沈められて固定される部分であって、係留材２０がその端部で固定されている。
【００３２】
図５に示す形態例は、図４の形態例と比較して、フィンブレード１８の形状が矩形であり、アンカー４２が大きく形成されている点が異なる。水量を多く受けて大きな発電量が見込める設置条件に適している。
また、回転ドラム１２の形態は円筒形に限らず、図６及び図７に示すようなフットボール型等、設置条件によって適宜選択的に設定すればよい。図７の形態例では、水流を受ける部分１９が、回転ドラム１２の外周面に彫り込まれた形状（窪んだ形状）になっている。このように水流を受ける部分１９が設けられることで、生態系に悪影響を与えない形態になっている。
さらに、図４〜６に示したような水利用の発電装置を、水流中に複数適宜に配置することで大きな発電量を得るようにしてもよい。その配置方法は、例えば水流の方向に間隔を置いて直列に配することができる。また、水流の方向に実質的に直交する方向へ間隔を置いて並列に配することもできる。
【００３３】
以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明にかかる水流利用の発電装置の形態例を示す側面図である。
【図２】発電ユニットの形態例を示す側面図である。
【図３】発電ユニットの他の形態例を示す側面図である。
【図４】本発明にかかる水流利用の発電装置の他の形態例を示す斜視図である。
【図５】本発明にかかる水流利用の発電装置の他の形態例を示す斜視図である。
【図６】発電ユニットの他の形態例を示す斜視図である。
【図７】発電ユニットの他の形態例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  発電ユニット
１２  回転ドラム
１４  内蔵部
１６  斜面
２０  係留材
２１  係留ワイヤー
２２  連結ワイヤー
３０  集電線
４０  被固定部
５０  防護ネット
【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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