JP3171044U - 水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小規模の公共施設・店舗・住宅等で設置可能な、雨水・排水等を利用した水力発電装置を提供する。【解決手段】水車４又は発電機５の回転軸１２の表面には永久磁石を極性を揃え等間隔に並べて取り付けた部分があり、その周囲には僅かな隙間を持ってスリーブが置かれ、スリーブには永久磁石を等間隔に極性を揃え中心に向かう方向に対し斜めに角度をつけて組み込んであり、角度がついていることによって永久磁石の反力が中心に向かう方向に対して角度を持ち、回転軸を回転させる方向に働く。【選択図】図２

Description

本考案は小規模の公共施設・店舗・住宅等で設置可能な、雨水・下水等を利用した小型の水力発電装置に関するものである。

住宅などに降った雨水を利用して発電を行う発明として特許文献１が、また住宅の排水を利用した発明として特許文献２がある。

水力発電の水車、発電機の軸受に磁気軸受を使うことにより回転時の抵抗の低減、潤滑油の漏れ防止・補充やメンテナンス性の改善などを目指した発明として、特許文献３４、５等がある。

考案者は以前に永久磁石の反力を利用して移動・回転を行う機構として特許文献６を考案した。

特許公開 ２００３−５６４４１ 雨水発電装置 特許公開 ２００７−１２０４５３ 家庭用発電システム 特許公開 平６−３３５１９９ 水車発電機 特許公開 平６−３３５１９７ 水車発電機 特許公開 ２０１１−５１８２９９ 磁気軸受を備える水力発電タービン 実用新案出願 ２０１１−３５２５ 磁気浮上式移動機構

小規模の公共施設・店舗・住宅等で設置可能な、雨水・下水等を利用した小型の水力発電装置を実現する。

住宅などの屋根に降った雨水を高所に設置した貯水タンクに集め、そこから流れ落ちるエネルギーを利用して発電を行う。流れ落ちた雨水は下方に設置したタンクに集め、循環ポンプで戻し再び発電に利用する。

考案者は以前に特許文献４に挙げた磁気浮上式の移動機構、回転機構を考案した。磁気浮上式回転機構は、永久磁石を組み合わせてその反力が軸を回転させる方向に働くようにした機構である。
この装置を発電装置に組み込むことによって、水量が少ない場合でも十分に発電することができる。

また、循環ポンプにも磁気浮上式回転機構を組み込むことによってポンプもモータを補助し、より少ない動力で水を汲み上げることができる。

一般の住宅における雨水の貯水・利用については、これまで草花の水遣り、清掃、トイレ等が主で、発電への利用はあまり見られなかった。その理由の一つに、発電のために必要な水の量は膨大であり、屋根に振った雨水を集めただけではごく僅かの電力しか作り出せなかったことが挙げられる。
磁気浮上式回転機構は永久磁石の反力により回転力を強めるものであるので、これまでより少ない水量で水車、発電機を回すことができる。
本考案の発電装置は家庭排水を利用した発電も可能である。

一度使った雨水を循環して使用することにより、雨が降らない時でも水を戻し何回でも発電が可能となる。そのため、同じ量の雨水でトータルの発電量を大きく増やすことができる。

磁気浮上式回転機構は風力発電など他の発電装置やモータ等にも組み込むことができ、さまざまな機械の効率を高めることができる。

これまで水量や落差が不足して水力発電を行えなかった川や水路でも、磁気浮上式回転機構を組み込むことにより発電が可能となる。

一般の河川や用水路等で水力発電を行う場合は水利権の問題もあり法的な手続きが必要であるが、本考案では必要無い。したがって本考案の水力発電装置は広く普及すると考えられる。

住宅に設置した循環式水力発電装置の図 磁気浮上式回転機構を組み込んだ発電装置の図 磁気浮上式回転機構を示した図 スリーブを閉じ回転速度を上げた状態を示した図 スリーブを開き停止させた状態を示した図

図１は住宅に設置した循環式水力発電装置を示している。
雨樋１の水は上部貯水タンク２に集まりパイプ３内を落下して水車４を回し発電する。雨が降っている間は連続して発電を行い、下部貯水タンク７の貯水量をこえた分の雨水は排水パイプ１１から排出されるが、雨が少ないとき、降っていないときは下部貯水タンク７の水を循環ポンプ８によって戻し、再び発電を行う。
ビル等の施設の場合もそれぞれの建物に合わせて貯水タンク・発電装置等を設置する。

発電装置を図２に示す。
水車４及び発電機５の回転軸１２は1本に結合されている。回転軸１２は、図示されていないがラジアル軸受、スラスト軸受で保持されている。軸受は通常のすべり軸受でも良いが、回転の抵抗を減らす、振動の低減、潤滑油の補充や漏れ防止・メンテナンス等を考えると、磁気軸受が望ましい。
磁気浮上式回転機構６は、図２では水車４をはさんで発電機５の反対側に組み込まれているが、水車４と発電機６の間など回転軸１２上の他の位置であっても良い。

磁気浮上式回転機構について図３（ａ）、（ｂ）に示す。
図３（ａ）のように回転軸１２には表面に永久磁石１３を、極性を揃えて配置する。その外側には、極性を揃え角度をつけて永久磁石１３を取り付けたスリーブ１４を置く。図ではＮ極で揃えているが、Ｓ極でも良い。スリーブ１４と回転軸１２の間には間隔を設ける。
軸受で保持していなくても回転軸１２とスリーブ１４の間には永久磁石１３の反力が働き、回転軸１２はスリーブ１４の中で浮いた状態となる。スリーブ１４の永久磁石１３は中心に向かう方向に対し角度をつけて取り付けられていることにより反力は中心方向に対し斜めに働くが、この反力が回転軸１０を回転させる力となり、水車４は一度回り始めるとこの回転力を受け続ける。

図４、５に示すようにスリーブ１４は分割式にして回転軸１２との間隔を調整できるようにすることで反力の大きさを変え、回転速度を変えることができる。
図４は間隔を狭めたときの状態、図５は広げたときの状態を示す。

スリーブ１４を回転軸１２に近づけるにつれて反力は大きくなり、さらに近づけるにはより大きな力が必要となる。スリーブ１４を近づけるにつれて大きな力を出すことができる機構としてトグル機構１６を用いる。

図５に示すようにスリーブ１４を大きく開いた時、反力は無視できる程度に小さくなり回転力は消滅する。発電装置を停止させるには、このようにスリーブ１４を大きく開くことによって行う。

雨が降っている間は連続して発電を行い、雨が少ないとき、降っていないときは下部貯水タンク７の水を循環ポンプ８によって戻して発電を行う。
循環ポンプ８にも磁気浮上式回転機構６を組み込むことによりモータの回転力を補助し、少ない電力で汲み上げることができる。
ポンプ８の動力源には夜間の電力、風力などの他の発電装置やバッテリー等の電源を用いる。
循環ポンプ８の配管にはバルブが付けられているが、下部貯水タンク７の水を戻して発電するときには開き、上部タンクからの雨水で発電するときには閉じて戻り側のパイプ１０に入らないようにしている。
雨水を循環して繰り返し使用することにより、雨が降らない時でも雨水を戻して何回も発電が可能となり、同じ量の雨水でトータルの発電量を大きく増やすことができる。

磁気浮上式回転機構は水力発電だけでなく、風力発電をはじめとする発電装置や各種の機械に組み込むことで、少ない動力で回転させ効率を高めることができる。
例えば、以前考案した風力発電装置（登録実用新案第３１５２８１０号）等である。

１…雨樋
２…上部貯水タンク
３…パイプ
４…水車（タービン）
５…発電機
６…磁気浮上式回転機構
７…下部貯水タンク
８…循環ポンプ
９…バルブ
１０…パイプ（戻り側）
１１…排水パイプ
１２…回転軸
１３…永久磁石
１４…スリーブ
１５…回転方向
１６…トグル機構

Claims (1)

1. 水力発電を行うための発電装置であって、
   水車又は発電機の回転軸の表面には永久磁石を極性を揃え等間隔に並べて取り付けた部分があり、
   その周囲には僅かな隙間を持ってスリーブが置かれ、前記スリーブには永久磁石を等間隔に極性を揃え中心に向かう方向に対し斜めに角度をつけて組み込んであり、
   前記角度がついていることによって永久磁石の反力が中心に向かう方向に対して角度を持ち、前記回転軸を回転させる方向に働く構造を持った水力発電装置。