JP2005299434A - 水循環式水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水車で水力発電する装置において、簡単且つ低コストで流水のエネルギーを高めて水車を回転させ、発電量を大きくできるようにする。
【解決手段】 水が循環する無端状の通水路１と、この通水路１に設けて主軸４ａを通水路１と水平状態で直交状に配置している水車４と、この水車４の下を通過して通水路１内を循環し水車４の羽根に水圧を加えて水車４の回転力を高めるための動作体５と、また水車４の主軸４ａに接続して回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機８とを備える。上記の通水路１に水の流入口１ａを設ける。この流入口１ａから通水路１内に流入した水を流出させるための流出口１ｂを、流入口１ａから離れた通水路１の位置に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は水循環式水力発電装置に関し、更に詳しくは例えば一般家庭の水道管の途中に組み込み、水道水の圧力エネルギーを利用して効率良く発電し、家庭用電力を補助できるよう形成した水循環式水力発電装置に関するものである。

従来この種の発電装置としては、例えば水道管の途中に水管を連結し、この水管に水車室を設け、この水車室内に水車を設けると共に、この水車室の手前の水管内を、水車の中央より上方又は下方の何れかの部分に水流が当たるよう狭め、水車の回転軸を発電モーターの回転軸に連絡し、発電モータを蓄電池と連絡しているものがある（例えば特許文献１参照）。

近時、家庭用電力を太陽電池パネルや燃料電池等によって賄ったり、補助することが行なわれている。また水道管を流れる上水を利用して水車を回し、太陽電池パネル等に比べ低コストで済む水力発電によって照明等に電気を供給し、水道水を有効に活用できるよう形成した装置も、例えば上記の従来例のように提案されている。
特開平８−４２４４０号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑み、提案されたものである。
従って本発明の解決しようとする技術的課題は、水車で水力発電する装置において、簡単且つ低コストで流水のエネルギーを高めて水車を回転させ、発電量を大きくできるようにして、例えば家庭用電力を補助できるよう形成した水循環式水力発電装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、次のような技術的手段を採る。
即ち本発明は、図１等に示されるように、水が循環する無端状の通水路１と、この通水路１に設けられて主軸４ａが通水路１と水平状態で直交状に配置されている水車４と、この水車４の下を通過して通水路１内を循環し水車４の羽根に水圧を加えて水車４の回転力を高めるための動作体５と、また水車４の主軸４ａに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機８とを備え、上記の通水路１に水の流入口１ａが設けられ、この流入口１ａから通水路１内に流入した水を流出させるための流出口１ｂが流入口１ａから離された通水路１の位置に設けられていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の場合、通水路１の平面形状としては、例えば円環状、長円状等がある。通水路１は、上面が開放状でも、閉鎖状でも良く、その断面形状は任意である。また本発明の装置は、具体的には通水路１の流入口１ａに、上水の水道管２が接続され、水道水を通水路１に供給して発電したり、或は他の流水を通水路１内に供給することにより実現される。

而して本発明の場合は、通水路１がパイプで閉鎖空間状に形成され、水車４がこの通水路１に一定の間隔をあけて天井部に複数設けられているのが好ましい（請求項２）。
なぜならこれによると、ほこり等のゴミが通水路１内に入ることを防止でき、また水車４が複数であるため、その分、発電力を増大できるからである。

また請求項１又は２記載の本発明の場合は、動作体５が、水車４の羽根に水圧を加える立上がり面部５ａを備えて側面視略L字形に形成されているのが好ましい（請求項３）。
なぜならこれによると、簡単、軽量な構造で、水車４の羽根に水圧を確実に加えることができるからである。この場合、立上がり面部５ａは、例えば前傾状の傾斜面に形成されたり、動作体５の進行方向の前面の左右位置から凹湾曲面状に凹まれて形成されているのでも良い。これによると、水を効率良く集めて導き、水車４の羽根に水圧を一層確実に加えることができるからである。

また請求項１乃至３の何れかに記載の本発明の装置は、図４等に示されるように、通水路１に動作体５の浮上と推進用のコイル６が設けられ、この通水路１側のコイル６と対向する動作体５の位置に、磁石７が動作体５の進行方向にわたって極性を交互に違えて設けられているのが好ましい（請求項４）。
なぜならこれによると、通水路１側のコイル６と動作体５との電磁誘導により、動作体５が浮上して推進するため、動作体５が通水路１の底面から摩擦抵抗を受けない状態で循環回動できるからである。またこの場合は、動作体５が自ら推進するため、流水のエネルギーに動作体５自体の推進エネルギーを加えて水車４を回転でき、その分、発電力を高めることができるからである。

また請求項１乃至４の何れかに記載の本発明は、図８に示されるように、通水路１が水平状態で多段状に配置され、上水の水道管２が最上段の通水路１の水の流入口１ａに接続され、最上段の通水路１から最下段の通水路１にわたって、順次、水の流出口１ｂと流入口１ａとが連通状に接続され、最下段の通水路１の水の流出口１ｂに、この流出口１ｂから流れ出る水を蛇口３に導くための水道管２が接続されているのが好ましい（請求項５）。
なぜならこれによると、省スペースで、発電力を大きくできるからである。またこの場合は、水道管２から上水（水道水）を通水路１に流し、水道水を利用して発電できるから、これによると家庭用電力の補助に適した本発明の装置を提供できるからである。

本発明の装置は、このように動作体を通水路内で循環回動させ、水車の回転力を高めて発電量を大きくできるよう形成しているものである。
従って本発明の装置は、通水路内を流れる水のエネルギーを効率良く高めて、電気エネルギーに変換できる。
また本発明は、構成部品数が少なく、構造が簡単であるから、これによれば装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１等において、１は、水が循環する無端状の通水路である。この通水路１は、この実施形態ではパイプで閉鎖空間状に形成されると共に、平面から見て長円形状に形成されている。この通水路１の直線状部の一方側には、水の流入口１ａが設けられている。この水の流入口１ａには、上水の水道管２が接続され、水道水が通水路１内に供給されるよう形成されている。１ｂは、流入口１ａから通水路１内に流入した水を流出させるための流出口である。この流出口１ｂは、流入口１ａから離されて、通水路１の直線状部の他方側の位置に設けられている。この流出口１ｂには、水道管２が接続され、この水道管２の先端には蛇口３が取り付けられている。

４は、通水路１に設けられている水車である。この水車４は、主軸４ａが通水路１と水平状態で直交状に配置され、通水路１に一定の間隔をあけてその天井部に複数設けられている。
５は、水車４の下を通過して通水路１内を循環し水車４の羽根に水圧を加えて水車４の回転力を高めるための動作体である。この動作体５は、水車４の羽根に水圧を加える立上がり面部５ａを備えて例えば側面視略L字形に形成されている。またこの動作体５は、通水路１内を水没状態で循環するよう、重さが選定されている。

６（図２等参照）は、動作体５の浮上と推進用のコイルである。このコイル６は、通水路１内の両側に設けられている。またこの通水路１側のコイル６と対向する動作体５の側面位置には、図３、図７等に示されるように、磁石７が動作体５の進行方向にわたって極性を交互に違えて設けられている。

また８（図１参照）は、水車４の主軸４ａに接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機である。この発電機８は、発電した電気エネルギーを蓄電できるよう、例えば蓄電池９と電気的に接続されている。

次に本発明の装置の作用を説明する。
先ず使用者が蛇口３を開くと、水は通常通り水道管２を流れ、流入口１ａから通水路１内に供給される。この水が、通水路１内を流れると、動作体５が水圧で水中を押し流され、立上がり面部５ａが水車４の羽根に水圧を高めて加える。そしてこの動作体５は、通水路１内を循環回動しながら、各水車４の位置で、各動作体５が順次水圧をかけて行く。本発明は、この動作体５が起こす水の圧力エネルギーで、水車４の回転力を高め、発電機８の発電量をアップさせるものである。

而してこの実施形態に係る本発明では、動作体５が通過すると、通水路１側の浮上と推進用のコイル６に電流が流れて電磁石となり、図６に示されるように、動作体５を押し上げる力（反発力）と引き上げる力（吸引力）が発生し、これにより動作体５は浮上する。また通水路１側のコイル６に磁界が発生し、動作体５の磁石７との間で、図７に示されるように、Ｎ極、Ｓ極の引き合う力と、Ｎ極同士、Ｓ極同士の反発する力が生じ、これにより動作体５が前進する。なお通水路１の左右の浮上と推進用のコイル６は、電線（図示せず）で結ばれ、動作体５が中心から一方の側にずれると、自動的に動作体５の遠ざかった側に吸引力が働き、また近づいた側には反発力が働き、これにより動作体５は常に中央位置を保持しながら循環回動する。従ってこの本発明の場合は、動作体５と通水路１の底面との間で摺動抵抗がないため、これによると水の流水エネルギーを動作体５がロスさせることがない。またこの本発明では、このようなリニアモータの推進力で動作体５を前進させているため、その分、流水エネルギーの増大化、発電量の増大化を図ることができる。なおこの実施形態に係る本発明では、蛇口３が閉じられると、水道管２内に水の流れが起きないため、発電は停止する。発電機８で発電した電気エネルギーは、例えば蓄電池９に蓄電される。

以上の処において、本発明は、図８に示されるように構成されるのでも良い。この実施形態に係る本発明は、通水路１が水平状態で多段状に配置され、上水の水道管２が最上段の通水路１の水の流入口１ａに接続されている。そして最上段の通水路１から最下段の通水路１にわたって、順次、水の流出口１ｂと流入口１ａとがパイプ１０で連通状に接続され、最下段の通水路１の水の流出口１ｂに、この流出口１ｂから流れ出る水を蛇口３に導くための水道管２が接続されている。

この本発明は、一個の通水路１だけで運転する場合に比べ、積層する通水路１の個数分だけ発電量を増大でき、しかも最上段の通水路１に供給する水を順次下段の通水路１に流して発電できるため、設置スペース、占有スペースが小さい状態で水道水から効率良く発電でき、また配管を単純化でき、配管コストを節減化できる。

本発明の装置の好適な一実施形態を示し、Ａは一部を切欠した平面図、Ｂは正面図である。 図１のII−II線における拡大断面図である。 図１のIII−III線における拡大断面図である。 同上装置の一部を切欠した要部拡大斜視図である。 動作体の縦断面図である。 同上装置の通水路の一部を切欠した要部縦断面図である。 同上装置の通水路の一部を切欠した要部縦断面図である。 通水路を多段状に配置した実施形態の正面図である。

符号の説明

１ 通水路
１ａ 流入口
１ｂ 流出口
４ 水車
４ａ 主軸
５ 動作体
８ 発電機

Claims (5)

1. 水が循環する無端状の通水路と、この通水路に設けられて主軸が通水路と水平状態で直交状に配置されている水車と、この水車の下を通過して通水路内を循環し水車の羽根に水圧を加えて水車の回転力を高めるための動作体と、また水車の主軸に接続されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備え、上記の通水路に水の流入口が設けられ、この流入口から通水路内に流入した水を流出させるための流出口が流入口から離された通水路の位置に設けられていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
2. 請求項１記載の水循環式水力発電装置であって、通水路がパイプで閉鎖空間状に形成され、水車がこの通水路に一定の間隔をあけて天井部に複数設けられていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
3. 請求項１又は２記載の水循環式水力発電装置であって、動作体が、水車の羽根に水圧を加える立上がり面部を備えて側面視略L字形に形成されていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の水循環式水力発電装置であって、通水路に動作体の浮上と推進用のコイルが設けられ、この通水路側のコイルと対向する動作体の位置に、磁石が動作体の進行方向にわたって極性を交互に違えて設けられていることを特徴とする水循環式水力発電装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の水循環式水力発電装置であって、通水路が水平状態で多段状に配置され、上水の水道管が最上段の通水路の水の流入口に接続され、最上段の通水路から最下段の通水路にわたって、順次、水の流出口と流入口とが連通状に接続され、最下段の通水路の水の流出口に、この流出口から流れ出る水を蛇口に導くための水道管が接続されていることを特徴とする水循環式水力発電装置。

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