JP2013167185A - Inclined portable hydroelectric power genering device for small head - Google Patents

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圭司 篠田
Isamu Mizuno
勇 水野
Masanori Kubota
政則 久保田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inclined portable hydroelectric power generating device for a small head that can be installed in a waterway of small water quantity with a small head, and can secure urgent power supply in disasters.SOLUTION: An inclined portable hydroelectric power generating device 100 for a small head includes: a long water passage 10 having a semicircular bottom; a rotation axis 20 that is rotatably pivoted in the water passage 10; an impellers 30 that are spirally secured along an outer circumferential surface of the rotation axis 20; a generator 40 that is connected to one end of the rotation axis 20 and can generate power on the basis of the rotation of the rotation axis 20; a storage battery 50 that can store a slight amount of power generated by the generator 40; and a control circuit 60 that can supply either an alternating-current power supply 61 or direct-current power supplies 62, 63, 64 from the storage battery 50.

Description

本発明は、低落差で小水量の水路に設置しても安定した電源を供給可能な低落差傾斜型可搬式水力発電装置に関するものである。   The present invention relates to a low-head tilt type portable hydroelectric generator that can supply a stable power supply even when installed in a water channel with a low head and a small amount of water.

さらに、本発明は、耐久性に優れ、維持管理が容易である低落差傾斜型可搬式水力発電装置に関するものである。   Furthermore, the present invention relates to a low-head tilt type portable hydroelectric generator that is excellent in durability and easy to maintain.

従来、小水量にても発電可能な水力発電装置としては、円筒の内側に螺旋状板を密着して取り付けて円筒本体を回転させるようにしたもの（特許文献１）や、排水を利用して水車又はスクリューを回転させるようにしたもの（特許文献２〜４）が提案されている。   Conventionally, as a hydroelectric power generator capable of generating power even with a small amount of water, a spiral plate is attached in close contact with the inside of the cylinder and the cylinder body is rotated (Patent Document 1), or drainage is used. The thing (patent documents 2-4) which made it rotate a watermill or a screw is proposed.

また、発電機に接続される蓄電式電源装置としては、複数の電源から入力可能な電源入力部を有し、ＡＣ出力及びＵＳＢ出力を備えたものが提案されている（特許文献５）。   Further, as a power storage type power supply device connected to a generator, one having a power input unit capable of inputting from a plurality of power sources and having an AC output and a USB output has been proposed (Patent Document 5).

特開２０１１−７４８０８号公報JP 2011-74808 A 特開平８−２３７９９７号公報JP-A-8-237997 実用新案登録第３１４２０７７号公報Utility Model Registration No. 3142077 特開２００９−２２１８８２号公報JP 2009-221882 A 実用新案登録第３１７１１１１号公報Utility Model Registration No. 3171111

ところが、従来の水力発電装置においては、使用できる設置場所が限定されたり、一度設置されると設置場所を変更するのに手間がかかるという課題があった。   However, in the conventional hydroelectric generator, there are problems that installation locations that can be used are limited, or that once installed, it takes time to change the installation location.

さらに、従来の水力発電装置においては、例えば、傾斜角度が１５〜３０度程度であって、水深が２０ｍｍ、水量が１５リッター／秒程度しかない低落差で小水量の水路に設置しても、実用的な電源を供給することはできないという課題があった。   Furthermore, in a conventional hydroelectric power generation device, for example, even if the inclination angle is about 15 to 30 degrees, the water depth is 20 mm, and the water volume is only about 15 liters / second, it is installed in a small water channel, There was a problem that practical power could not be supplied.

そこで、本発明は、上記の課題を解決し、対応できる水路の条件が緩く、設置場所の変更も容易であって、微少な電力に基づいて災害時における緊急用の安定した電源を幅広く確保することもできる低落差傾斜型可搬式水力発電装置を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, the conditions of the water channel that can be handled are loose, the installation location can be easily changed, and a wide range of stable power supplies for emergency use in the event of a disaster is secured based on minute power. It is an object of the present invention to provide a low-head tilt-type portable hydroelectric generator that can also be used.

さらに、本発明は、耐久性に優れ、維持管理が容易である低落差傾斜型可搬式水力発電装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、水を得られない場合であっても、手動にて電力を供給できる低落差傾斜型可搬式水力発電装置を提供することを目的とするものである。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a low-head tilt type portable hydroelectric generator that is excellent in durability and easy to maintain.
Moreover, even if it is a case where water cannot be obtained, this invention aims at providing the low drop inclination type portable hydraulic power generator which can supply electric power manually.

本発明は、「低落差で小水量の水路に設置しても電源供給可能な低落差傾斜型可搬式水力発電装置であって、半円筒状の底面を備えた長尺状の通水路と、当該通水路内にて回転可能に軸支される回転軸と、当該回転軸の外周面に沿って螺旋状に固定された羽根と、前記回転軸の一端部と連結され、回転軸の回転に基づいて発電可能な発電機と、前記発電機にて発電した電力を蓄電可能な蓄電池と、前記蓄電池から交流電源又は直流電源を供給可能な制御回路と、を備えている低落差傾斜型可搬式水力発電装置を最も主要な特徴とするものである。   The present invention is `` a low-head tilt type portable hydroelectric generator capable of supplying power even when installed in a low-headed water channel with a low head, a long water passage having a semi-cylindrical bottom surface, A rotation shaft that is rotatably supported in the water passage, a blade fixed spirally along the outer peripheral surface of the rotation shaft, and one end of the rotation shaft are connected to rotate the rotation shaft. A low-tilt-tilt type portable device comprising: a generator capable of generating electricity based on; a storage battery capable of storing electric power generated by the generator; and a control circuit capable of supplying AC power or DC power from the storage battery. The hydroelectric generator is the main feature.

本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置において、前記通水路は、長手方向と直交する方向の断面が略Ｕ字状に形成されていてもよい。
また、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置において、前記羽根のピッチは、当該羽根の外径の１．２〜１．８倍であり、前記回転軸が低速回転するものであることが好適である。 In the low head-tilt type portable hydroelectric generator of the present invention, the water passage may have a substantially U-shaped cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction.
Moreover, in the low head tilt type portable hydroelectric generator of the present invention, the pitch of the blade is 1.2 to 1.8 times the outer diameter of the blade, and the rotating shaft rotates at a low speed. Is preferred.

本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置は、水路と前記通水路との間の隙間を遮蔽する着脱可能な止水板を通水路の一端部に備えているものであってもよい。
また、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置において、前記回転軸は、水中での浮力を生じる筒状であって、その外周面に前記羽根が固定されていてもよい。
さらに、前記回転軸は、中空円筒状であって、その直径が、前記通水路の半円筒状の底面の直径の１／２〜１／３の大きさであることが好適である。 The low head-tilt type portable hydroelectric generator of the present invention may be provided with a detachable water stop plate at one end of the water channel that shields a gap between the water channel and the water channel.
Moreover, in the low head tilt type portable hydroelectric generator of the present invention, the rotating shaft may have a cylindrical shape that generates buoyancy in water, and the blade may be fixed to an outer peripheral surface thereof.
Furthermore, it is preferable that the rotating shaft has a hollow cylindrical shape, and a diameter thereof is 1/2 to 1/3 of a diameter of a semi-cylindrical bottom surface of the water passage.

本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置において、前記回転軸は、手動にて回転駆動できるように、クランクレバーなどの操作手段を連結可能となっていてもよい。
また、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置において、水路に設置される前記通水路の傾斜角度は、１５度〜３０度の範囲内であることが好ましい。
さらに、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置は、通水路の傾斜角度を確認するための水準器を備えていてもよい。 In the low head-tilt type portable hydroelectric generator of the present invention, the rotating shaft may be capable of being connected to an operating means such as a crank lever so that the rotating shaft can be manually driven to rotate.
Moreover, in the low head tilt type portable hydroelectric generator of the present invention, it is preferable that the inclination angle of the water passage installed in the water channel is within a range of 15 degrees to 30 degrees.
Furthermore, the low head tilt type portable hydroelectric generator of the present invention may include a level for confirming the tilt angle of the water passage.

本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置において、前記制御回路は、前記蓄電池の電圧が所定の値を超えた場合に、前記発電機から前記蓄電池への電力の供給を停止するものであることが好ましい。
また、前記制御回路は、ＡＣコンセントへの交流電力に加え、シガーソケット又はＵＳＢコネクターへの直流電力を供給可能なものであることが好ましい。 In the low head-tilt type portable hydroelectric generator of the present invention, the control circuit stops the supply of power from the generator to the storage battery when the voltage of the storage battery exceeds a predetermined value. It is preferable.
The control circuit is preferably capable of supplying DC power to a cigar socket or USB connector in addition to AC power to an AC outlet.

本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置は、軽量で移動が自由であって、非常時における電源確保を可能とすることができるものであることが好ましい。
なお、本明細書中において、水路とは、コンクリート製の側溝から構成される水路に限らず、自然河川、小川、田畑への導水路なども含むものである。 It is preferable that the low-head tilt type portable hydroelectric generator of the present invention is lightweight, freely movable, and capable of securing a power source in an emergency.
In addition, in this specification, a water channel is not restricted to the water channel comprised from a concrete side groove, but includes a natural river, a stream, a water channel to a field, and the like.

本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置は、対応できる水路の条件が緩く、軽量なものとすることが可能であり、設置場所の変更も容易であるため、本発明は、微少な電力に基づいて災害時における緊急用の安定した電源を幅広く確保することもできる低落差傾斜型可搬式水力発電装置を提供することができる。   Since the low-head-tilt type portable hydroelectric generator of the present invention can be made lighter in terms of the conditions of the water channel that can be handled and can be easily changed, the present invention can be used with a small amount of power. Based on the above, it is possible to provide a low-head-tilt type portable hydroelectric generator that can secure a wide range of stable power supplies for emergencies in the event of a disaster.

さらに、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置は、回転軸が水中での浮力を生じる筒状又は中空円筒状であることにより、回転軸と羽根からなる水車の剛性が高められ、かつ、軸受や発電機に対する負荷が軽減されるため、耐久性に優れ、維持管理が容易であるばかりか、発電効率を高めることもできる。   Furthermore, the low-head tilt-type portable hydroelectric generator of the present invention has a cylindrical or hollow cylindrical shape that produces buoyancy in water, so that the rigidity of the water turbine composed of the rotary shaft and blades is increased, and Since the load on the bearings and the generator is reduced, the durability and the maintenance are easy, and the power generation efficiency can be increased.

また、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置は、前記回転軸にクランクレバーなどの手動操作手段を連結可能とすることで、水を得られない場合であっても、手動にて電力を供給することができる。   In addition, the low-head-tilt type portable hydroelectric generator of the present invention enables manual operation means such as a crank lever to be connected to the rotating shaft, so that even if water cannot be obtained manually Can be supplied.

さらに、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置の制御回路は、前記蓄電池の電圧が所定の値を超えた場合に、前記発電機から前記蓄電池への電力の供給を停止するものであることにより、安全な連続的運用が可能である。
また、前記制御回路は、ＡＣコンセントへの交流電力に加え、シガーソケット又はＵＳＢコネクターへの直流電力を供給可能なものであることにより、災害時においてＡＣ１００ｖの電源を必要とする照明機器、携帯電話、パソコンなどに加え、各種のＵＳＢ機器、電気カミソリなどの利用を可能とすることができる。 Furthermore, the control circuit of the low-head-tilt type portable hydroelectric generator according to the present invention stops the supply of power from the generator to the storage battery when the voltage of the storage battery exceeds a predetermined value. Therefore, safe continuous operation is possible.
The control circuit is capable of supplying direct current power to a cigar socket or USB connector in addition to alternating current power to an AC outlet. In addition to personal computers, various USB devices and electric razors can be used.

本発明を具体化した低落差傾斜型可搬式水力発電装置及びその制御ボックスを示す図である。It is a figure which shows the low head inclination type | mold portable hydroelectric generator which actualized this invention, and its control box. 本発明を具体化した低落差傾斜型可搬式水力発電装置を示し、（Ａ）は発電装置の内部構造などを示す側面図、（Ｂ）は発電装置の上流側の外面を示す図、（Ｃ）は発電装置の下流側の外面を示す図である。1 shows a low-head-tilt portable hydroelectric power generator embodying the present invention, (A) is a side view showing the internal structure of the power generator, etc., (B) is a diagram showing an outer surface on the upstream side of the power generator, ) Is a diagram showing an outer surface on the downstream side of the power generator. 本発明を具体化した低落差傾斜型可搬式水力発電装置の回転軸を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は他の実施例の回転軸の一部を切り欠いて示す断面図である。The rotary shaft of the low head inclination type portable hydroelectric generator which actualized this invention is shown, (A) is sectional drawing, (B) is sectional drawing which notches and shows a part of rotating shaft of another Example. is there. 本発明を具体化した低落差傾斜型可搬式水力発電装置の制御ブッロク図である。It is a control block diagram of the low head inclination type portable hydroelectric power generation device which materialized the present invention. 本発明を具体化した低落差傾斜型可搬式水力発電装置が水路に設置された状態における発電装置の上流側を示す図である。It is a figure which shows the upstream of the electric power generating apparatus in the state in which the low head inclination type | mold portable hydroelectric power generator which actualized this invention was installed in the water channel. 本発明を具体化した低落差傾斜型可搬式水力発電装置が水路に設置された状態における水と発電装置内部の様子などを示す側面図である。It is a side view showing the state of water and the inside of the power generation device, etc. in a state where the low head tilt type portable hydroelectric power generation device embodying the present invention is installed in the water channel. 本発明を具体化した低落差傾斜型可搬式水力発電装置の水車による飲み込み可能な水量と羽根のピッチとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the water quantity which can be swallowed with the water wheel of the low head inclination type | mold portable hydroelectric power generation apparatus which actualized this invention, and the pitch of a blade | wing.

以下、本発明の低落差で小水量の水路に設置しても電源供給可能な低落差傾斜型可搬式水力発電装置の一実施形態について、図面に従ってさらに詳しく説明する。
本発明を具体化した一実施形態の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００は、半円筒状の底面を備えた長尺状の通水路１０と、当該通水路１０内にて回転可能に軸支される回転軸２０と、当該回転軸２０の外周面に沿って螺旋状に固定された羽根３０と、前記回転軸２０の一端部と連結され当該回転軸２０の回転に基づいて発電可能な発電機４０と、前記発電機４０にて発電した微少な電力を蓄電可能な蓄電池５０と、前記蓄電池５０から交流電源を供給可能な制御回路６０と、を備えている。 Hereinafter, an embodiment of a low-head tilt type portable hydroelectric generator capable of supplying power even when installed in a low-head water channel with a low head according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
An embodiment of the present invention embodying the present invention includes a low-head-tilt portable hydroelectric generator 100 having a long water passage 10 having a semi-cylindrical bottom surface and a shaft that is rotatable in the water passage 10. The rotating shaft 20 that is supported, the blade 30 that is spirally fixed along the outer peripheral surface of the rotating shaft 20, and one end portion of the rotating shaft 20 that is connected to the rotating shaft 20 and can generate electric power based on the rotation of the rotating shaft 20. A generator 40, a storage battery 50 capable of storing minute power generated by the generator 40, and a control circuit 60 capable of supplying AC power from the storage battery 50 are provided.

前記通水路１０は、長手方向に延びる両側上部が平板部１１となっており、通水路１０の長手方向と直交する方向の断面が略Ｕ字状となっている。
従って、長手方向と直交する方向の断面が略Ｕ字状となっている側溝などの水路Ｇに配置した場合に、平板部１１を水路Ｇの内面に当接させることで、低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００を水路Ｇ内に安定的に設置することを簡単に行うことができる。 In the water passage 10, upper portions on both sides extending in the longitudinal direction are flat plate portions 11, and a cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the water passage 10 is substantially U-shaped.
Therefore, when the flat plate portion 11 is brought into contact with the inner surface of the water channel G when it is disposed in the water channel G such as a side groove having a substantially U-shaped cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction, a low-head tilt type is possible. It is possible to easily install the portable hydroelectric generator 100 in the water channel G.

さらに、前記通水路１０の上流側となる一端部には、逆凸字状の鋼板１２が通水路１０上部の平板部１１間に架設されるように固定されており、当該鋼板１２の下方が水路Ｇを流れる水の導入部となっている。
そして、この鋼板１２の中央下部には軸受１３が固定されている。 Further, an inverted convex steel plate 12 is fixed to one end portion on the upstream side of the water passage 10 so as to be laid between the flat plate portions 11 on the upper portion of the water passage 10. It is an introduction part of the water flowing through the water channel G.
And the bearing 13 is being fixed to the center lower part of this steel plate 12. As shown in FIG.

また、前記通水路１０の下流側となる他端部には、略長方形状の鋼板１４が通水路１０上部の平板部１１間に架設されるように固定されており、当該鋼板１４の下方が通水路１０からの水の排出部となっている。
そして、この鋼板１４の略中央部には、軸挿通孔１５が透設されている。
従って、前記通水路１０は、両端部に固定された鋼板１２，１４によって全体の剛性が高められており、装置の耐久性が向上するばかりか、装置全体の変形及び振動を軽減して発電効率の低下を防いでいる。
さらに、この鋼板１４には、屋外用の三相同期発電機４０の変速機４１が固定されている。 In addition, a substantially rectangular steel plate 14 is fixed to the other end portion on the downstream side of the water passage 10 so as to be laid between the flat plate portions 11 on the upper portion of the water passage 10. It serves as a water discharge section from the water passage 10.
A shaft insertion hole 15 is formed in a substantially central portion of the steel plate 14.
Accordingly, the water passage 10 is improved in overall rigidity by the steel plates 12 and 14 fixed at both ends, and not only the durability of the apparatus is improved, but also the deformation and vibration of the entire apparatus are reduced, and the power generation efficiency is improved. Is preventing the decline.
Further, a transmission 41 of an outdoor three-phase synchronous generator 40 is fixed to the steel plate 14.

前記通水路１０の平板部１１には、蓄電池５０、制御回路６０、ＡＣコンセント６１、シガーソケット６２、ＵＳＢコネクター６３、ＤＣ１２Ｖ端子６４、電源スイッチ６５、インバーター電源スイッチ６６、充電中表示ランプ６７及び放電中表示ランプ６８などを収納する制御ボックス１６が固定されている。
さらに、前記制御ボックス１６内には、水準器１７が設置されており、この水準器１７は、前記通水路１０の傾斜角度が１５度となった場合に、気泡が中央部に位置するようになっており、低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００が好適に作動する設置状態を容易に確認することができるようになっている。
従って、かかる水準器１７を備えた低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００は、様々な場所へ持ち込んで設置するという使用態様に適したものとなっている。 The flat plate portion 11 of the water passage 10 includes a storage battery 50, a control circuit 60, an AC outlet 61, a cigar socket 62, a USB connector 63, a DC12V terminal 64, a power switch 65, an inverter power switch 66, a charging indicator lamp 67, and a discharge. A control box 16 for accommodating the middle display lamp 68 and the like is fixed.
Furthermore, a level 17 is installed in the control box 16 so that when the inclination angle of the water passage 10 becomes 15 degrees, the bubble is positioned at the center. Thus, it is possible to easily confirm the installation state in which the low-head tilt-type portable hydroelectric generator 100 is preferably operated.
Therefore, the low head tilt type portable hydroelectric power generation apparatus 100 provided with such a level 17 is suitable for a usage mode in which it is brought into various places and installed.

前記回転軸２０は、大径の中空円筒状部２１と、当該中空円筒状部２１の両端部に溶接された円盤状鋼板２２と、当該円盤状鋼板２２の中心に溶接された小径の軸部２３，２４とから構成されている。
この回転軸２０の中空円筒状部２１の直径は、前記通水路１０の半円筒状の底面の直径の１／２〜１／３の大きさであることが好ましい。
さらに、前記円盤状鋼板２２は、回転軸２０に水中で浮力が生じるように、前記中空円筒状部２１を密閉状態とするように前記中空円筒状部２１に対して溶接されている。 The rotary shaft 20 includes a large-diameter hollow cylindrical portion 21, a disk-shaped steel plate 22 welded to both ends of the hollow cylindrical portion 21, and a small-diameter shaft portion welded to the center of the disk-shaped steel plate 22. 23, 24.
The diameter of the hollow cylindrical portion 21 of the rotating shaft 20 is preferably 1/2 to 1/3 the diameter of the bottom surface of the semi-cylindrical passage 10.
Further, the disk-shaped steel plate 22 is welded to the hollow cylindrical portion 21 so that the hollow cylindrical portion 21 is in a sealed state so that buoyancy is generated in the rotating shaft 20 in water.

前記回転軸２０は、その中空円筒状部２１の外周面に前記羽根３０が４枚螺旋状に固定されることで、スクリュー式の水車Ｓを構成している。
そして、前記回転軸２０の一方の（上流側の）軸部２３は、前記軸受１３にて軸支され、他方の（下流側の）軸部２４は、前記軸挿通孔１５を通過した後、発電機４０の変速機４１に嵌挿されるようになっている。
この変速機４１は、水車Ｓの軸部２４の回転を直接受けてギヤによって変速するものを採用することで、ベルトを使用する変速機構を採用するよりも故障し難く、また、維持管理が容易であり、万一、発電機４０又は変速機４１が故障した際にもそれらを一体的に交換することで簡単に修理することができる。 The rotary shaft 20 constitutes a screw-type water turbine S by fixing four blades 30 in a spiral shape on the outer peripheral surface of the hollow cylindrical portion 21.
Then, one (upstream side) shaft portion 23 of the rotary shaft 20 is pivotally supported by the bearing 13, and the other (downstream side) shaft portion 24 passes through the shaft insertion hole 15. It is inserted into the transmission 41 of the generator 40.
By adopting a gear shifter 41 that directly receives the rotation of the shaft portion 24 of the water wheel S, the transmission 41 is less likely to break down than a shift mechanism that uses a belt, and is easy to maintain. Even if the generator 40 or the transmission 41 breaks down, it can be easily repaired by exchanging them integrally.

前記回転軸２０を上記のとおりに構成することにより、１）回転軸２０の剛性を高めて発電効率を高めることができる、２）中空円筒状部２１によって生じる浮力によって前記軸受１３及び前記発電機４０又は変速機４１に対する負荷を軽減してこれらの耐久性を高めることができる、３）通水路１０に流れる水量の多少にかかわらず発電効率を高めることができる、４）円環状の鋼材を切り欠いて両端部を引き延ばすことで製造される羽根３０の変形量を抑えて羽根３０内部のストレス及び羽根３０と中空円筒状部２１との間のストレスを低減させて耐久性を高めることができる、５）回転軸２０及び羽根３０の回転時における慣性重量が高まり回転軸２０及び羽根３０から構成される水車Ｓの安定的な回転に寄与することができるという効果を奏する。   By configuring the rotating shaft 20 as described above, 1) the rigidity of the rotating shaft 20 can be increased to increase the power generation efficiency, and 2) the bearing 13 and the generator can be generated by buoyancy generated by the hollow cylindrical portion 21. The load on the transmission 40 or the transmission 41 can be reduced to increase the durability of these. 3) The power generation efficiency can be increased regardless of the amount of water flowing through the water passage 10. 4) The annular steel material is cut. It is possible to increase the durability by suppressing the deformation amount of the blade 30 produced by extending both ends and reducing the stress inside the blade 30 and the stress between the blade 30 and the hollow cylindrical portion 21. 5) The inertia weight at the time of rotation of the rotating shaft 20 and the blade | wing 30 increases, and it can contribute to the stable rotation of the water turbine S comprised from the rotating shaft 20 and the blade | wing 30. Achieve the results.

また、前記発電機４０は、前記変速機４１が下側となるように鋼板１４に対して固定されているため、前記発電機４０のコイルや電気回路などが回転軸２０の上方に配置されるようになっており、前記発電機４０が冠水することによる発電機４０の故障を防止できるようになっている。   Further, since the generator 40 is fixed to the steel plate 14 so that the transmission 41 is on the lower side, a coil, an electric circuit, etc. of the generator 40 are arranged above the rotating shaft 20. Thus, it is possible to prevent a failure of the generator 40 due to the flooding of the generator 40.

本実施形態の前記制御回路６０は、前記蓄電池５０の電圧が所定の値（例えば１５Ｖ）を超えた場合に、前記発電機４０から前記蓄電池５０への電力の供給を停止して蓄電池５０の保護と、発電機４０及び水車Ｓへの負荷を低減するようになっている。
さらに、前記制御回路６０は、ＡＣコンセント６１への交流電力（１００Ｖ）に加え、シガーソケット６２、ＵＳＢコネクター６３及びＤＣ１２Ｖ端子６４への直流電力（１２Ｖ又は５Ｖ）を一定時間安定して供給可能となっている。 When the voltage of the storage battery 50 exceeds a predetermined value (for example, 15V), the control circuit 60 of the present embodiment stops supplying power from the generator 40 to the storage battery 50 to protect the storage battery 50. And the load to the generator 40 and the water turbine S is reduced.
Further, the control circuit 60 can stably supply DC power (12V or 5V) to the cigar socket 62, USB connector 63 and DC12V terminal 64 in addition to AC power (100V) to the AC outlet 61 for a certain period of time. It has become.

次に、上記実施形態をさらに具体化した実施例１について、以下、説明する。
本実施例１の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００は、半円筒状の底面を備えた長尺状の通水路１０、平板部１１、鋼板１２，１４、回転軸２０、中空円筒状部２１、円盤状鋼板２２、軸部２３，２４、羽根３０などがＳＳ４００又はＳＵＳ３０４といった金属から構成されており、剛性及び耐久性に優れたものとなっている。
また、本実施例１の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００は、全体の重量が４０ｋｇ程度であって、大人２人で持ち運び移動させることが容易となっている。 Next, Example 1 that further embodies the above embodiment will be described below.
A low head-tilt type portable hydroelectric generator 100 according to the first embodiment includes a long water passage 10 having a semi-cylindrical bottom, a flat plate portion 11, steel plates 12, 14, a rotary shaft 20, a hollow cylindrical portion. 21, the disk-shaped steel plate 22, the shaft portions 23 and 24, the blades 30, and the like are made of a metal such as SS400 or SUS304, and are excellent in rigidity and durability.
In addition, the low head-tilt type portable hydroelectric generator 100 of the first embodiment has an overall weight of about 40 kg and can be easily carried and moved by two adults.

本実施例１の中空円筒状部２１の直径は１００ｍｍ、前記通水路１０の半円筒状の底面の直径は２５０ｍｍ、羽根３０の外径は通水路１０の製造（製缶）における製作限度（隙間が２〜３ｍｍ）を考慮した最大の大きさである２４５ｍｍ、羽根３０のピッチＰは４００ｍｍ、羽根３０の両端までの長さは８００ｍｍとなっている。
上記により、通水路１０と水車Ｓとの間の隙間を抜ける水の量をできる限り少なくして発電効率を高めている。
また、前記変速機４１のギヤ比は１：１０であり、軸部２４が１回転すると、発電機４０が１０回転するようになっている。 The diameter of the hollow cylindrical portion 21 of the first embodiment is 100 mm, the diameter of the semi-cylindrical bottom surface of the water passage 10 is 250 mm, and the outer diameter of the blade 30 is the production limit (gap in the can). 2 to 3 mm), the maximum size is 245 mm, the pitch P of the blades 30 is 400 mm, and the length to both ends of the blades 30 is 800 mm.
As described above, the amount of water passing through the gap between the water passage 10 and the water turbine S is reduced as much as possible to increase the power generation efficiency.
The gear ratio of the transmission 41 is 1:10, and when the shaft portion 24 makes one revolution, the generator 40 makes ten revolutions.

前記羽根３０のピッチＰは、比較的長いものとなっており、傾斜角度が１５〜３０度程度（落差が２０ｃｍ程度）であって、水深が２０ｍｍ、水量が１５リッター／秒程度しかない低落差で小水量の水路Ｇに設置した場合にも水車Ｓが回転可能となっている。
具体的には、上記条件下での発電時の水車Ｓの回転数は２０〜３０回転／分、発電機４０の回転数は、２００〜３００回転／分、発電機４０による出力３Ｗ程度が可能である。 The pitch P of the blades 30 is relatively long, the inclination angle is about 15 to 30 degrees (the head is about 20 cm), the water depth is 20 mm, and the water volume is only about 15 liters / second. The water turbine S can be rotated even when it is installed in the small water channel G.
Specifically, the rotational speed of the water turbine S during power generation under the above conditions is 20 to 30 revolutions / minute, the rotational speed of the generator 40 is 200 to 300 revolutions / minute, and the output of the generator 40 can be about 3W. It is.

また、蓄電池５０の電圧が１５Ｖ以上となって制御回路６０により発電が停止された場合など、発電機４０に負荷が加わっていない場合には、水車Ｓの回転数は、５０回転／分程度となる。
そして、１２Ｖ９Ａｈの完全密封型の蓄電池５０を使用する本実施例においては、８時間程度の充電により、１０Ｗの使用電力で４時間程度の連続使用が可能となる。 Further, when the load is not applied to the generator 40, such as when the voltage of the storage battery 50 is 15V or more and power generation is stopped by the control circuit 60, the rotation speed of the water turbine S is about 50 rotations / minute. Become.
In the present embodiment using the completely sealed storage battery 50 of 12V9Ah, the battery can be continuously used for about 4 hours with 10 W of power by charging for about 8 hours.

なお、本実施例において使用している発電機４０は、動作する最大の回転数が１５００〜１８００回転程度のものを採用しており、低回転域でのみ発電機４０が動作するようにしているため、発電機４０の長寿命化を図り、低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００の維持管理を容易としている。   In addition, the generator 40 used in the present embodiment employs a maximum operating speed of about 1500 to 1800 rotations, and the generator 40 operates only in a low rotation range. Therefore, the life of the generator 40 is extended, and the maintenance management of the low-head tilt type portable hydroelectric generator 100 is facilitated.

本実施例の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００は、コンクリート製の側溝からなる水路Ｇと前記通水路１０との間の隙間を遮蔽する着脱可能な止水板１８を通水路１０の上流側の一端部に備えている。
従って、図６に示すように、水深が２０ｍｍ程度の水路Ｇであって、傾斜角度θが１５度未満の水路Ｇであっても、発電装置１００の通水路１０の傾斜角度を簡単に１５度以上とすることができ、低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００を設置して通水路１０内に効率よく水Ｗを導入することができるようになっている。
また、本実施例の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００は、安全を考慮して前記通水路１０の上面を覆う長方形状のカバー１９が平板部１１の上端に固定されている。 The low head-tilt type portable hydroelectric generator 100 according to the present embodiment includes a removable water blocking plate 18 upstream of the water passage 10 that shields a gap between the water passage G made of concrete side grooves and the water passage 10. It is provided at one end on the side.
Therefore, as shown in FIG. 6, even if the water channel G has a water depth of about 20 mm and the water channel G has an inclination angle θ of less than 15 degrees, the inclination angle of the water passage 10 of the power generation apparatus 100 can be easily set to 15 degrees. As described above, the low-head-tilt type portable hydroelectric generator 100 can be installed so that the water W can be efficiently introduced into the water passage 10.
In addition, in the low head-tilt type portable hydroelectric generator 100 of the present embodiment, a rectangular cover 19 that covers the upper surface of the water passage 10 is fixed to the upper end of the flat plate portion 11 in consideration of safety.

なお、本実施例における発電装置１００の羽根３０のピッチＰは４００ｍｍとなっているが、これは、図７に示すように、上記の使用条件下において水車Ｓが飲み込み可能な水量と、羽根３０のピッチとの関係を考慮して選定されたものであり、本実施例の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００においては、羽根３０のピッチとして、３００ｍｍ〜４００ｍｍ程度が好適である。
即ち、通常の螺旋形状の羽根のピッチは、羽根径と同等程度であるが、本実施例の水車Ｓは、羽根３０のピッチを大きく（羽根３０の径の１．５倍程度）とり、水の飲み込み量を大きくし、低速で回転させるようにしている。
このように、本発明においては、低落差の低水量であっても電力を得られるように、また、発電機４０などの耐久性を向上させるために、羽根３０のピッチＰを羽根３０の径の１．２〜１．８倍程度（より好ましくは１．４〜１．６倍程度）としている。 In addition, although the pitch P of the blades 30 of the power generation apparatus 100 in the present embodiment is 400 mm, as shown in FIG. 7, this is the amount of water that can be swallowed by the water wheel S under the above use conditions, and the blades 30. The pitch of the blades 30 is preferably about 300 mm to 400 mm in the low head tilt type portable hydroelectric generator 100 of the present embodiment.
That is, the pitch of the normal spiral blade is about the same as the blade diameter, but the water turbine S of this embodiment takes a larger pitch of the blade 30 (about 1.5 times the diameter of the blade 30), The amount of swallowing is increased so that it rotates at a low speed.
As described above, in the present invention, the pitch P of the blades 30 is set to the diameter of the blades 30 so that electric power can be obtained even with a low water amount with a low head and in order to improve the durability of the generator 40 and the like. About 1.2 to 1.8 times (more preferably about 1.4 to 1.6 times).

さらに、本実施例における発電装置１００の水車Ｓの空気中での重量は、１５．６ｋｇであり、回転軸２０の中空円筒状部２１の上端まで水没するという条件での水車Ｓの水中での重量は、１５．６−６．３＝９．３ｋｇとなる。
即ち、中空円筒状部２１によって最大６．３ｋｇの浮力が得られるため、軸受１３及び変速機４１などへの負担が軽減され、発電効率の向上及び耐久性の向上が期待できるようになっている。 Further, the weight of the water turbine S of the power generation apparatus 100 in the present embodiment is 15.6 kg, and the water turbine S underwater is submerged to the upper end of the hollow cylindrical portion 21 of the rotating shaft 20. The weight is 15.6-6.3 = 9.3 kg.
That is, since the buoyancy of 6.3 kg at the maximum can be obtained by the hollow cylindrical portion 21, the burden on the bearing 13 and the transmission 41 is reduced, and the improvement of the power generation efficiency and the improvement of the durability can be expected. .

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００の各部の形状、寸法、材質、設置方法などを適宜変更したり、供給できる電源の電圧又はコネクターなどを変更して実施することも可能である。
本発明の発電装置１００は、低トルクにて水車Ｓを回転させて発電できるため、水を得られない場合においては、例えば、図３（Ｂ）に示すように、回転軸２０の軸部２４の外端部に凹溝又はねじ穴などの連結部２４ａを設け、当該連結部２４ａと係合する連結部２５ａを備えたクランクレバー２５によって発電機４０を手動で回転させることができるようにして実施してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the shape, dimensions, material, installation method, etc. of each part of the low-head tilt-type portable hydroelectric generator 100 are appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. It is also possible to carry out by changing the voltage of the power supply that can be supplied or the connector.
Since the power generation device 100 of the present invention can generate power by rotating the water wheel S with low torque, when water cannot be obtained, for example, as shown in FIG. A connecting portion 24a such as a concave groove or a screw hole is provided at the outer end of the generator so that the generator 40 can be manually rotated by a crank lever 25 having a connecting portion 25a engaged with the connecting portion 24a. You may implement.

さらに、回転軸２０の中空円筒状部２１内に軽量な発泡樹脂を収納し、漏水の場合にも回転軸２０の浮力を維持できるようにして実施してもよい。回転軸２０の外形を多角柱状にして実施することも可能である。
また、水車Ｓを構成する羽根３０の枚数を３枚としたり、羽根３０のピッチを変更したり、通水路１０の上流側の鋼板１２に発電機４０を固定するようにして実施してもよい。 Furthermore, a lightweight foamed resin may be accommodated in the hollow cylindrical portion 21 of the rotating shaft 20 so that the buoyancy of the rotating shaft 20 can be maintained even in the case of water leakage. It is also possible to implement the outer shape of the rotating shaft 20 as a polygonal column.
Further, the number of blades 30 constituting the water turbine S may be three, the pitch of the blades 30 may be changed, or the generator 40 may be fixed to the steel plate 12 on the upstream side of the water passage 10. .

さらに、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００は、側溝のような水路に設置されるものに限らず、小川などに設置してもよく、特に傾斜の緩やかな小川などに設置する場合には、小川などを部分的に堰き止めて水位を上げた場所に設置してもよい。
また、導水管又は水道などから供給される水を利用して発電する場合には、本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００を傾斜した状態にて固定する架台を通水路１０などに取り付け、その通水路１０内に水を流すことでも本発明の低落差傾斜型可搬式水力発電装置１００を使用することができる。 Further, the low-head-tilt portable hydroelectric power generation apparatus 100 of the present invention is not limited to being installed in a water channel such as a gutter, but may be installed in a creek or the like, particularly in a creek with a gentle slope. In some cases, it may be installed in a place where the water level is raised by partially blocking a stream or the like.
In addition, when power is generated using water supplied from a water conduit or water supply, the gantry through which the low head tilt type portable hydroelectric generator 100 of the present invention is fixed in an inclined state is passed through the water passage 10 or the like. The low head-tilt type portable hydroelectric generator 100 of the present invention can also be used by attaching and flowing water through the water passage 10.

本発明は、低落差で小水量の水路や小川などに設置しても電源供給可能な低落差傾斜型可搬式水力発電装置として産業上幅広く利用することができ、災害時の非常用電源供給装置として、獣害対策の電柵用電源として、又は、外灯用電源などとして好適に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used industrially as a low-head tilt-type portable hydroelectric generator capable of supplying power even when installed in a low-head, small-volume waterway or creek, etc. As a power supply for electric fences for beast damage countermeasures, or as a power supply for outdoor lights.

１０ 通水路
１１ 平板部
１２ 鋼板
１３ 軸受
１４ 鋼板（発電機側）
１５ 軸挿通孔
１６ 制御ボックス
１７ 水準器
１８ 止水板
１９ カバー
２０ 回転軸
２１ 中空円筒状部
２２ 円盤状鋼板
２３ 軸部
２４ 軸部（発電機側）
２４ａ 連結部
２５ クランクレバー（手動操作手段）
２５ａ 連結部
３０ 羽根
４０ 発電機
４１ 変速機
５０ 蓄電池（シール型バッテリー）
６０ 制御回路
６１ ＡＣコンセント（交流電源）
６２ シガーソケット（直流電源）
６３ ＵＳＢコネクター（直流電源）
６４ ＤＣ１２Ｖ端子（ターミナル）
６５ 電源スイッチ
６６ インバーター電源スイッチ
６７ 充電中表示ランプ
６８ 放電中表示ランプ
１００ 低落差傾斜型可搬式水力発電装置
Ｇ 水路
Ｐ ピッチ
Ｓ 水車
Ｗ 水
θ 傾斜角度 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Water flow path 11 Flat plate part 12 Steel plate 13 Bearing 14 Steel plate (generator side)
15 Shaft insertion hole 16 Control box 17 Level 18 Water stop plate 19 Cover 20 Rotating shaft 21 Hollow cylindrical portion 22 Disk-shaped steel plate 23 Shaft portion 24 Shaft portion (generator side)
24a connecting part 25 crank lever (manual operation means)
25a connecting part 30 blade 40 generator 41 transmission 50 storage battery (seal type battery)
60 Control circuit 61 AC outlet (AC power supply)
62 Cigar socket (DC power supply)
63 USB connector (DC power supply)
64 DC12V terminal (terminal)
65 Power switch 66 Inverter power switch 67 Charging indicator lamp 68 Discharge indicator lamp 100 Low head tilt type portable hydroelectric generator G Water channel P Pitch S Water turbine W Water θ Tilt angle

Claims (12)

低落差で小水量の水路に設置しても電源供給可能な低落差傾斜型可搬式水力発電装置であって、
半円筒状の底面を備えた長尺状の通水路と、
当該通水路内にて回転可能に軸支される回転軸と、
当該回転軸の外周面に沿って螺旋状に固定された羽根と、
前記回転軸の一端部と連結され、回転軸の回転に基づいて発電可能な発電機と、
前記発電機にて発電した電力を蓄電可能な蓄電池と、
前記蓄電池から交流電源又は直流電源を供給可能な制御回路と、
を備えていることを特徴とする低落差傾斜型可搬式水力発電装置。 A low-head tilting portable hydroelectric generator that can supply power even when installed in a low-water channel with a low head,
An elongate water passage with a semi-cylindrical bottom;
A rotating shaft that is rotatably supported in the water passage;
A blade fixed spirally along the outer peripheral surface of the rotating shaft;
A generator coupled to one end of the rotating shaft and capable of generating electricity based on rotation of the rotating shaft;
A storage battery capable of storing electric power generated by the generator;
A control circuit capable of supplying AC power or DC power from the storage battery;
A low head-tilt type portable hydroelectric generator characterized by comprising: 前記通水路は、長手方向と直交する方向の断面が略Ｕ字状に形成されているものであることを特徴とする請求項１に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   2. The low head-tilt type portable hydroelectric generator according to claim 1, wherein the water passage has a substantially U-shaped cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction. 前記羽根のピッチは、当該羽根の外径の１．２〜１．８倍であり、前記回転軸が低速回転するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   The pitch of the said blade | wing is 1.2 to 1.8 times the outer diameter of the said blade | wing, and the said rotating shaft rotates at low speed, The low drop of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Inclined portable hydroelectric generator. 水路と前記通水路との間の隙間を遮蔽する着脱可能な止水板を通水路の一端部に備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   The low water supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein a detachable water blocking plate that shields a gap between the water channel and the water channel is provided at one end of the water channel. A head-tilt type portable hydroelectric generator. 前記回転軸は、水中での浮力を生じる筒状であって、その外周面に前記羽根が固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   5. The low head according to claim 1, wherein the rotating shaft has a cylindrical shape that generates buoyancy in water, and the blades are fixed to an outer peripheral surface thereof. 6. Inclined portable hydroelectric generator. 前記回転軸は、中空円筒状であって、その直径が、前記通水路の半円筒状の底面の直径の１／２〜１／３の大きさであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   The said rotating shaft is a hollow cylinder shape, The diameter is a magnitude | size of 1 / 2-1 / 3 of the diameter of the semi-cylindrical bottom face of the said water flow path. Item 6. The low-head tilt portable hydroelectric power generation device according to any one of Items 5 to 6. 前記回転軸は、手動にて回転駆動できるように、クランクレバーなどの操作手段を連結可能となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   7. The low head inclination according to claim 1, wherein an operation means such as a crank lever is connectable so that the rotation shaft can be manually driven to rotate. Type portable hydroelectric generator. 水路に設置される前記通水路の傾斜角度は、１５度〜３０度の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   The low-tilt-inclined portable hydraulic power according to any one of claims 1 to 7, wherein an inclination angle of the water channel installed in the water channel is in a range of 15 to 30 degrees. Power generation device. 通水路の傾斜角度を確認するための水準器を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   The low-head-tilt type portable hydraulic power generator according to any one of claims 1 to 8, further comprising a level for confirming an inclination angle of the water passage. 前記制御回路は、前記蓄電池の電圧が所定の値を超えた場合に、前記発電機から前記蓄電池への電力の供給を停止するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   The said control circuit stops supply of the electric power from the said generator to the said storage battery, when the voltage of the said storage battery exceeds predetermined value, The any of Claim 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned. A low-head tilt-type portable hydroelectric generator according to claim 1. 前記制御回路は、ＡＣコンセントへの交流電力に加え、シガーソケット又はＵＳＢコネクターへの直流電力を供給可能なものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   11. The control circuit according to claim 1, wherein the control circuit is capable of supplying DC power to a cigar socket or a USB connector in addition to AC power to an AC outlet. Low head tilt type portable hydroelectric generator. 軽量で移動が自由であって、非常時における電源確保を可能とすることができるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の低落差傾斜型可搬式水力発電装置。   The low-head-tilt-type portable system according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it is lightweight and free to move, and can secure a power source in an emergency. Hydroelectric generator.
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