JP4485534B2

JP4485534B2 - Power generator using piston type water wheel

Info

Publication number: JP4485534B2
Application number: JP2006549208A
Authority: JP
Inventors: 立岡哲治
Original assignee: 立岡哲治
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: WO2007004290A1; JPWO2007004290A1

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン型水車を用いた発電装置に関する。より詳細には、水槽に河川水等を注水し、また水槽に溜めた河川水等を排水することにより、浮力体を上昇・下降させ、この浮力体の上下運動を動力として使用するピストン型水車を用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水を利用する発電方法として水力発電が知られている。現在、水力発電の代表的な方法としては、河川に水をせき止めるための小さなダムを設けて発電する方法がある。この方法では、先ず、ダムの取水口から水が取り入れられ、取り入れられた水が発電所内の水槽に導かれる。次いで、その水槽から水圧鉄管を介して水が流れ落ちていく力によって、高速且つ高圧に水車やタービンが回転される。そして、その水車やタービンに連動する発電機によって発電が行われる。
【０００３】
また、特に、水力発電の中で揚水発電と呼ばれるものがある。この揚水発電は、発電所を挟んで位置する下部調整池から電気の使用量が少ない夜間に水を汲み上げ、電気の使用量の多い昼間に上部調整池から水を落として発電する方法である。このような揚水発電では、発電する際のエネルギー転換効率が６割以下といわれているが、夜間の余剰電力を利用して発電を行う点で経済的効果が大きい。
【０００４】
本願出願人は下記特許文献１において、タンク内に空気を流入させてタンク内の液体をタンクの下部から排出させ、その排出力（水流）によって水力タービンを回転させ発電を行おうとする発電装置を提案している。
【特許文献１】
特開２００４−１２４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の水力発電方法では、水を高速且つ高圧で落下させるために、取水ダムの設定場所と水車やタービンの設置場所との間に相当の高低差を設けなければならない。しかし、一般に、河川や池、貯水地等から水をひいて、高所から高速且つ高圧で水を落下させることは、立地条件の確保等の点において非常に困難を伴うことが多かった。また、そのような立地条件を満たす設置場所に発電設備を設置した場合であっても、発電設備建設のために自然環境を破壊してしまう恐れがあった。
［０００６］
また、水を高所から落下させるのではなく、河川に直接プロペラ型の水車やタービンを設定して、河川を流れる水の流速を利用して発電することも考えられるが、発電のために必要な水の流速や水圧を確保することは難しいといった問題があった。
［０００７］
そこで、本発明は、液体（河川水等）を高所から落下させる立地条件を確保できない場合や多くの液量（水量）の確保が難しい場合であっても、非常に効率的に発電を行える小規模の発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
［０００８］
本発明のピストン型水車を用いた発電装置は、上方または下方から液体（Ｗ）が注水され、また、下方から液体が排水される水槽（１２，２）と、該水槽に注水された液体または該水槽から排水された液体の液量に伴いに上昇・下降する浮力体（１１，１）と、回転運動により発電を行う発電機（１６）と、前記水槽への液体の注水または前記水槽からの液体の排水に伴う前記浮力体の水槽内での上昇および下降の上下運動を動力として、前記発電機を回転させるための回転運動に変換する運動変換手段（１７，７）と、を備えた、ピストン型水車を用いた発電装置であって、前記運動変換手段には、前記浮力体の上昇・下降を制御するストッパ機構（１１１）が備えられており、該ストッパ機構は、前記水槽（１２，２）内への注水が完了して満水となる前までは水槽内底部に浮力体を沈めた状態で留め、水槽内がほぼ満水となった時点で浮力体の上昇を許可し、また、前記水槽内からの排水が完了して空となる前までは水槽内上部に浮力体を宙吊り状態で留め、水槽内がほぼ空となった時点で浮力体の下降を許可する、ことを特徴とする。
ここで、前記動力変換手段（１７，７）を構成するコンロッド（１７２）にはフライホイールが取り付けられており、前記浮力体（１１，１）が上死点または下死点で停止している際にも、前記コンロッドが慣性力によって回転して発電機に動力を与える、ことが好ましい。
［０００９］
また、前記浮力体（１１，１）内部には空洞部が形成されており、該空洞部には水槽（１２，２）への注水により浮力体が発生する上昇力と、水槽からの排水により浮力体に発生する下降力とが同程度となる量の液体（Ｗ）が予め注水されている、ことが好ましい。
［００１０］
さらに本発明は、前記水槽（１２，２）の上部又は下部に形成された、液体（Ｗ）を注水するための注水口（１２１，２１）と、前記水槽の下部に形成された、液体を排水するための排水口（１２２，２２）と、該排水口を開閉するための排水口開閉弁（４２，４ａ）と、を備え、該排水口開閉弁は、液体が水槽に溜まった液体からの水圧が所定値に達すると、排水口を開口して水槽に溜まった液体の排水し、水槽に溜まった液体の多くを排水した後に閉口する、ものとすることもできる。
［００１１］
ここで本発明は、前記注水口（１２１，２１）を開閉するための注水口開閉弁（４１，４ｂ）をさらに備え、該注水口開閉弁は前記排水口開閉弁（４２，４ａ）の開閉に連動し、排水口開閉弁が開口すると閉口し、排水口開閉弁が閉口すると開口する、ものとすることが好ましい。
【００１２】
また本発明は、前記水槽（２Ａ，２Ｂ）の上部又は下部に形成された、液体（Ｗ）を注水するための注水口（２１）と、前記水槽の下部に形成された、液体を排水するための排水口（２２）と、前記水槽に、前記注水口及び前記排水口を開閉するための板状のスライド開閉弁（４）と、を備え、該スライド開閉弁は、水槽の前記注水口及び前記排水口が設けられている面に摺動して移動することによって、前記排水口を開放し、水槽の前記注水口及び前記排水口が設けられている面に摺動して移動することによって、前記注水口を開放する、ものとすることもできる。
【００１３】
ここで、前記運動変換手段（１７，７）には、前記浮力体（１１，１）の上昇・下降を制御するストッパ機構（１１１）が備えられており、該ストッパ機構は、前記水槽（１２，２）内への注水が完了して満水となる前までは水槽内底部に浮力体を沈めた状態で留め、水槽内がほぼ満水となった時点で浮力体の上昇を許可し、また、前記水槽内からの排水が完了して空となる前までは水槽内上部に浮力体を宙吊り状態で留め、水槽内がほぼ空となった時点で浮力体の下降を許可する、ことが好ましい。
【００１４】
また本発明は、前記水槽（１２，２）の上部又は下部に形成された、液体（Ｗ）を注水するための注水口（１２１，２１）と、前記水槽の下部に形成された、液体を排水するための排水口（１２２，２２）と、前記注水口を開閉するための注水口開閉弁（４１，４ｂ）と、前記排水口を開閉するための排水口開閉弁（４２，４ａ）と、前記水槽の上面高さより高くにその底部が来る程度の高さに設置され、河川等から導き入れた液体（Ｗ）を一時的に貯水する貯水タンク（２０）と、を備え、該貯水タンクに貯水した液体を、貯水タンクの底部から、前記注水口開閉弁を経て前記水槽に注水する、ものとすることも好ましい。
【００１５】
さらに本発明のピストン型水車を用いた発電装置は、複数の水槽（１２，２）が階段状に配置され、上段の水槽の排水口（１２２，２２）から排水された液体（Ｗ）が、下段の水槽の注水口（１２１，２１）へ導かれる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のピストン型水車を用いた発電装置では、液体を水槽内に注水し水槽から排水する動作を繰り返すように制御することによって、浮力体の上下運動を回転運動に変換する。そのため、変換した回転運動によって発電機を大きな力によって回転させ、発電を行うことができる。これにより、水を高所から落下させる立地条件を確保できない場合であっても、発電を行うことができる。また流量が少ない河川・小川等であっても、その流量のほぼ全量を発電に利用することも可能であるため、非常に効率的に発電を行うことができる。
また、浮力体の上昇・下降を制御するストッパ機構を備えてやれば、浮力体が水槽内の液体の増減に従って徐々に昇降するのと比して、より大きな力で発電機を回転させて発電を行うことができる。
また、前記動力変換手段を構成するコンロッドにフライホイールを取り付けることにより、浮力体が停止している際にも、発電機に動力を与えることができるので、より効率的に発電を行うことが可能となる。
［００１７］
ここで、浮力体内部の空洞部に予め所定量の液体が注水されているように構成すれば、浮力体の上昇力と下降力を同じくすることができ、発電機の回転をスムーズに行わせることができる。ここで液体の所定量とは、注水により浮力体が発生する上昇力（＝浮力−荷重）と、排水により浮力体に発生する下降力（＝荷重）とが同程度となるような液量をいう。
［００１８］
また、水槽に溜まった液体の水圧を利用して排水口の開閉を行う機構を設ければ、電子的な制御によらずに排水口開閉弁の開閉を行うことができる。ここで水槽に注水口をさらに備えてやり、注水口開閉弁の開閉を排水口開閉弁の開閉に連動してやることで、より効率的な注水および排水により、発電効率を向上させることができる。
［００１９］
また、水槽内に、注水口及び排水口を開閉するための板状のスライド開閉弁を注水口開閉弁および排水口開閉弁として備えれば、スライド開閉弁を上方向又は下方向に摺動させて移動させることによって、効率的に注水口及び排水口の開閉を行うことができる。
［００２０］
［００２１］
また、水槽に注水する液体を水槽よりも高い位置に設置した貯水タンクから導き入れるようにすることで、水槽からの排水中においても、河川等から導入した水を無駄にすることなく貯水タンクに溜めることができ、有効に河川水等を利用することができる。
［００２２］
さらに、複数の水槽を階段状に配し、上段の水槽の排水口から排水された液体を下段の水槽の注水口に導くことで、少ない高低差、少ない水量の河川等であっても、効率的かつ大出力の発電を可能とすることができる。
【００２３】
なお浮力体を平たく構成しその平面積を増してやれば、液体中に沈むこととなる部分の高さが小さくなるため、例えば１ｍ以下の低落差しかない条件下でも発電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態によるピストン型水車を用いた発電装置の他の構造例を示す断面図である。
【図２】図１に示す発電装置を側面側から見た透過図である。
【図３】第１の実施例の発電装置におけるシステム構成を示したブロック図である。
【図４】発電機６に対して左側に位置する浮力体１Ａ及び水槽２Ａを含む断面図である。
【図５】第２の実施形態によるピストン型水車を用いた発電装置の構造の例を示す断面図である。
【図６】浮力体及び水槽の構造の例を示す斜視図である。
【図７】ピストン型水車を用いた発電装置の平面図である。
【図８】運動変換手段が浮力体の上下運動を回転運動に変換する動作を示す説明図である。
【図９】運動変換手段の構造の例を示す説明図である。
【図１０】第３の実施形態による複数ユニットの発電装置を用いて発電を行う場合の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ浮力体
２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ水槽
３Ａ，３Ｂ，１３Ａ，１３Ｂロッド
４Ａ，４Ｂスライド開閉弁
４ａ注水側開閉弁
４ｂ排水側開閉弁
６，１６発電機
７Ａ，７Ｂ，１７運動変換手段
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ発電装置
１９ｖベルト
２０Ａ，２０Ｂ貯水タンク
２３谷部
４１Ａ，４１Ｂ注水側開閉弁
４２Ａ，４２Ｂ排水側開閉弁
５１注水側分管
５２排水側分管
７１クランク
７２ギア
７３増速ギア
１１１ストッパ機構
１２１Ａ，１２１Ｂ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ注水口
１２２Ａ，１２２Ｂ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ排水口
１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ，１５１Ｄ，１５１Ｅ分岐入水管
１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ，１５２Ｅ分岐排水管
１７１大型ギア
１７２コンロッド
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明によるピストン型水車を用いた発電装置の構造の例を示す断面図である。また、図２は、図１に示す発電装置を側面側から見た側面透過図である。
【実施例１】
【００２７】
図１および図２に示すように、ピストン型水車を用いた発電装置は、それぞれ、浮力体１１Ａ，１１Ｂ（これらをまとめて１１という。以下の各構成要素の符号についても同様に表現する。）、水槽１２Ａ，１２Ｂ、ロッド１３Ａ，１３Ｂ、貯水タンク２０Ａ，２０Ｂおよび発電機１６を含む。また、発電装置は、ロッド１３の上下運動を回転運動に変換し発電機１６を回転させる運動変換手段１７を含む。
【００２８】
図１に示すように、例えば、浮力体１１Ａ、水槽１２Ａ、貯水タンク２０Ａおよびロッド１３Ａは、運動変換手段１７に対して、浮力体１１Ｂ、水槽１２Ｂ、水槽２０Ｂおよびロッド１３Ｂと対称となる位置に配置される。なお、貯水タンク２０は、図１に示すように、水槽１２の上面高さより高くにその底面が来る程度の高さに設置される。
【００２９】
本実施例の浮力体１１は、例えば、直方体形状や球体形状をしている。なお、浮力体１１として、角柱形状や円柱形状など他の形状のものを用いてもよい。また、浮力体１１は、例えば、ポリエチレンなどの合成樹脂やアルミニウムを用いて製作される。
さらに浮力体１１内部には、空洞部が形成されている。そして、浮力体内部の空洞部には、所定量の液体Ｗ（例えば、水）が注水されている。このように所定量の液体Ｗを注入することによって、浮力体１１の浮力および自重を適切に調整することができる。なお、浮力体１１の浮力を調整するために、浮力体の外部あるいは内部に、鉛などを用いた錘を取り付けてもよい。
【００３０】
また本実施例の水槽１２および貯水タンク２０は、直方体形状をしている。水槽１２は、水槽内で昇降する浮力体１１が水槽と接触することのないように、浮力体の水平方向断面の形状よりも二廻り程度大きな水平方向断面形状を有している。なお、水槽１２および貯水タンク２０は、その他の角柱形状や円柱形状などとすることも可能である。ここで貯水タンクの貯水量は水槽の貯水用よりも多いか、同程度であることが望ましい。
水槽１２には、それぞれ、上部に注水口１２１Ａ，１２１Ｂが設けられ、下部に徘水口１２２Ａ，１２２Ｂが設けられる。
【００３１】
貯水タンク２０Ａと水槽１２Ａ、貯水タンク２０Ｂと水槽１２Ｂとは、貯水タンクに貯水した液体Ｗを水槽の注水口１２１Ａ，１２１Ｂに注水するために、電動式の注水側開閉弁４１Ａ，４１Ｂを介して配管接続されている。また水槽の底部には電動式の排水側開閉弁４２Ａ，４２Ｂの開閉により排水口１２２Ａ，１２２Ｂから排水を行うための配管がなされている。
なお図１では貯水タンク２０の底部と水槽１２の上部とを配管接続しているが、貯水タンク２０の底部と水槽１２の底部とを配管接続し、水槽の底部から注水してやることも可能である。この場合には、注水側開閉弁４１および排水側開閉弁４２の２つの弁を用いる代わりに１つの三方弁を用いてやることも好ましい（図示せず）。
【００３２】
運動変換手段１７は、図２に示すように、大型ギア１７１とコンロッド１７２とを含む。各ロッド１３の上下運動は、運動変換手段１７のコンロッド１７２を介して回転運動に変換される。また、変換された回転運動は、運動変換手段１７の大型ギア１７１から、ベルト（例えば、ｖベルト）１９を介して発電機１６に伝えられ、発電機を回転させる。そして、発電機１６は、ｖベルト１９を介して伝えられた回転運動による回転力によって発電を行う。
【００３３】
ここで運動変換手段１７には、浮力体１１の昇降を制限するストッパ機構１１１が備えられている。このストッパ機構１１１は、コンピュータなどの情報処理装置からの指令に従って作動するモータの動力により操作され、ロッド１３の上下運動をプログラムに従って制限する。
より具体的には、ストッパ機構１１は、水槽１２内が満水となる前まではロッドを固定して浮力体を押さえ付けることで、水槽内底部（下死点）に各浮力体を沈めた状態で留め、水槽内が満水となった時点でストッパ機構を解除する。ストッパ機構１１１が解除されると浮力体１１が上昇し、コンロッド１７２を回転させる。浮力体１１が上昇し水槽１２内上部（上死点）に来た際には、ストッパ機構１１１はモータの動力により作動してロッド１３を再び固定し、排水中に浮力体が下降することを抑制する。このとき浮力体１１は水槽１２内で宙吊り状態となる。排水がほぼ完了した時点でストッパ機構１１１が解除され、浮力体１１は自重により下降することでコンロッド１７２を回転させる。以上の動作を繰り返すことで、連続的にコンロッド１７２が回転し、大型ギア１７１およびｖベルト１９を介して発電機１６に動力が伝えられ、発電が行われる。このようなストッパ機構１１１を備えることで、浮力体１１が水槽１２内の液体Ｗの増減に従って徐々に昇降するのと比して、浮力体の上昇・下降時により多くの力がロッド１３に付与されるため、大きな力により発電機１６を回転させて発電を行うことができる。
【００３４】
なお図面は省略するが例えば、コンロッド１７２にフライホイールを取り付け、また、ロッド１３とコンロッド１７２との連結部にクラッチを設けるなどして、浮力体１１が上死点または下死点で停止している際にも、コンロッドが慣性力によって回転して発電機１６に動力を与える機構を備えてやれば、より効率的に発電を行うことが可能となる。
【００３５】
本実施例では、河川や湖から取り入れた液体Ｗ（例えば、水）が、まず貯水タンク２０に溜められる。注水側開閉弁４１を制御して開閉することによって、貯水タンク２０に溜めた液体Ｗの水槽１２への注水・遮断が行われる。また、排水側開閉弁４２を制御して開閉することによって、水槽１２内からの液体Ｗの排水・遮断が行われる。
なお貯水タンク２０へは、河川等から常に液体が注水されて溜められる。このような貯水タンクを設けることで、水槽１２の排水時においても、河川等から導入した水の全量を貯水タンクに貯えて発電に利用することができる。
【００３６】
このように水槽１２内に液体Ｗを注水し排水する制御を繰り返し実行することによって、浮力体１１が上下運動を行う。また、浮力体１１が上下運動に従って、ロッド１３が上下運動を行う。そして、運動変換手段１７は、ロッド１３の上下運動を回転運動に変換する。
【００３７】
なお、本実施例では、例えば、コンピュータなどの情報処理装置がプログラムに従って処理を実行することによって、注水側開閉弁４１及び排水側開閉弁４２を開閉するタイミングを制御する。
【００３８】
図３に本実施例の発電装置におけるシステム構成をブロック図で示した。注水側開閉弁４１および排水側開閉弁４２は、コンピュータの制御によって開閉される。またコンピュータは、ストッパ機構１１１の動作を制御して、水槽１２内での浮力体１１の昇降をコントロールする。一方、ｖベルト１９からの動力により発電を行う発電機１６は、発電した電力を、バッテリーを介して送電線から送電する。なお、コンピュータ、注水側開閉弁４１および排水側開閉弁、ストッパ機構１１１を作動するモータには、発電機につながれたバッテリーから電力が供給される。
【００３９】
次に、発電装置の具体的な設計例を説明する。まず、水槽１２の設計例を説明する。図４は、発電機１６に対して左側に位置する浮力体１１Ａ及び水槽１２Ａを含む断面図である。なお本例では、設計を容易にするため、水槽１２が、底面および側面が正方形の立方体であるものとする。
【００４０】
図４に示すように本設計例では、水槽１２Ａの幅ｗおよび奥行きｔを１．５ｍとし、水槽に液体Ｗを注水したときの最大の水深ｈを４ｍとする。すると、浮力体１１Ａが上昇し下降する１サイクルあたりに必要な、水槽１２Ａに注水される液体Ｗの消費水量Ｑ_Ａは、次式を用いて求められる。
Ｑ_Ａ＝ｗ×ｔ×ｈ＝１．５（ｍ）×１．５（ｍ）×４（ｍ）＝９（ｍ^３）
【００４１】
また、水槽１２Ｂについても、同様に、１サイクルあたりの液体Ｗの消費水量Ｑ_Ｂが９ｍ^３と求められるので、発電装置全体の１サイクルあたりの消費水量Ｑは、次式を用いて求められる。
Ｑ＝９（ｍ^３）×２＝１８（ｍ^３）
【００４２】
ここで、浮力体１１Ａ，１１Ｂが上昇し下降するまでの１サイクルあたりに要する時間は、９秒程度であることが望ましい。１サイクルあたりに要する時間をτ＝９秒とすると、１秒あたりの発電装置の消費水量ｑは、次式を用いて求められる。
ｑ＝Ｑ／τ＝１８／９＝２（ｍ^３／ｓ）
この程度の水量は小さな小川でも比較的容易に確保することができる。
【００４３】
次に、発電装置を用いて発電される発電出力について説明する。本例では、図４に示した球体形状の浮力体１１Ａの体積を１０２０リットルとする。また水の密度を１ｋｇ／ｌとする。
すると、浮力体１１Ａの浮力Ｆ_Ａは、次式を用いて求められる。
Ｆ_Ａ＝（浮力体１１Ａの体積）×（水の密度）
＝１０２０×１＝１０２０（ｋｇｆ）
【００４４】
ここで、浮力体１１Ａの自重を５１０ｋｇにすると、浮力体１１Ａがロッド１３Ａを押し上げ、またはロッドを引き下げる力はともに、５１０ｋｇｆとなる。また浮力体１１Ｂについても同様に考えることができる。
【００４５】
浮力体１１Ａが１秒間に浮上する距離を１ｍとすると、浮力がロッド１３Ａを押し上げる力による仕事率（Ｔ_Ａ）は、次式を用いて求められる。
Ｔ_Ａ＝５１０（ｋｇｆ）×１（ｍ）／１（ｓ）＝５１０（ｋｇｆｍ／ｓ）
【００４６】
このとき浮力体１１Ｂは自重により１秒間に１ｍ下降するため、その仕事率（Ｔ_Ｂ）は、５１０ｋｇｆｍ／ｓとなる。
したがって浮力体１１Ａ，１１Ｂの総仕事率（Ｔ）は、次式を用いて求められる。
Ｔ＝Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｂ＝＝１０２０（ｋｇｆｍ／ｓ）
【００４７】
ここで仕事率を、１Ｗ（ワット）＝０．１０２ｋｇｆｍ／ｓの関係から電力に変換すると、
Ｗ＝Ｔ／０．１０２＝１０２０／０．１０２＝１００００（Ｗ）＝１０（ｋＷ）
となる。
【００４８】
以上のように、本実施例によれば、液体Ｗを水槽１２Ａ，１２Ｂ内に注水し排水する動作を繰り返すように制御することによって、浮力体１１Ａ，１１Ｂの上下運動を回転運動に変換し、変換した回転運動によって発電機１６を回転させることで、発電を行うことができる。
このように本発明によれば、水を高所から落下させる立地条件を確保できない場合や多くの水量の確保が難しい場合であっても、浮力体１１Ａ，１１Ｂを大きな力により上下運動させることができ、これにより大きな回転動力で発電機１６を回転させて発電を行うことができる小規模の発電装置が提供される。
【００４９】
なお実際には発電機の発電効率や電動式の注水側開閉弁や排水側開閉弁の開閉やストッパ機構、注水及び排水を制御するコンピュータ等において、１〜２ｋＷ程度のロスや電力消費があると考えられるが、それでもなお２つの水槽からなる発電装置では８〜９ｋＷの発電出力を得ることができる。
【００５０】
ここで、排水側開閉弁４２の代わりに，液体Ｗが水槽に溜まった液体からの水圧が所定値に達することで排水口が開口して水槽に溜まった液体を排水し、水槽に溜まった液体の多くを排水した後に閉口する機械式弁を用いれば、排水口の開閉にかかる電力消費をなくすことができる。
【００５１】
また発電装置の台数を増やせば、発電量を増やすことができるのは当然である。この場合、複数の水槽１２を階段状に配置し、上段の水槽の排水口１２２から排水された液体Ｗが、下段の水槽の注水口１２１（又は貯水タンク２０）へ導かれるようにしてやれば、少ない流量の河川等であっても効率的に発電を行うことができる。
【実施例２】
【００５２】
以下、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。図５は、本発明によるピストン型水車を用いた発電装置の構造の例を示す断面図である。また図６は、浮力体及び水槽の構造の例を示す斜視図である。
図６では、一例として、図５に示す２つの浮力体１Ａ，１Ｂ及び水槽２Ａ，２Ｂのうち、発電機６に対して左側に位置する浮力体１Ａ及び水槽２Ａを示す。なお、発電機６に対して右側に位置する浮力体１Ｂ及び水槽２Ｂの構造も、図６に示す浮力体１Ａ及び水槽２Ａの構造と同様である。
【００５３】
図６に示すように、本実施例では、浮力体１Ａは、円筒形状である。なお、浮力体１Ａとして、四角柱形状や三角柱形状など他の形状のものを用いてもよい。また、浮力体１Ａ内部には、空洞部が形成されその中には、所定量の液体Ｗ（例えば、水）が注入されていることは実施例１と同様である。
【００５４】
図６に示すように、水槽２Ａは、角柱形状をしている。本実施例では、水槽２Ａは、図２に示すような底面が五角形の角柱形状に形成されている。なお水槽２Ａとして、四角柱形状など他の形状のものを用いてもよい。
本実施例では、底面が五角形の角柱形状の水槽２Ａを用いることによって、水槽２Ａの下部に谷部２３が形成される。この谷部２３が形成されていることによって、注水口２１から液体Ｗを注入した場合に、効率的に水槽２Ａ内に液体Ｗが充填される。
【００５５】
また、水槽２Ａの長手方向の２つの側面のうち一方の側面の上部には、水槽２Ａ内に液体Ｗを注入するための注水口２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられる。なお、図６では、水槽２Ａの一方の側面の上部に３つの注水口２１を設ける場合を説明するが、注水口の数は３つに限られない。例えば、水槽２Ａの側面に１又は２つの注入口だけを設けてもよく、４以上の注入口を設けてもよい。
なお浮力体に注水された液体が上方から掛かると、浮力体には下向きの荷重がかかることとなり浮力体の浮力が減殺され好ましくないため、注水口の位置や注水角度は注水した液体が浮力体に直接掛からないようにすることが好ましい。
【００５６】
また、注水口２１が設けられた水槽２Ａの側面の下部には、水槽２Ａ内の液体Ｗを排水するための排水口２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられる。図６では、水槽２Ａの一方の側面の下部に３つの排水口２２を設ける場合を説明するが、排水口の数は３つに限られない。例えば、水槽２Ａの側面に１又は２つの排水口だけを設けてもよく、４以上の排水口を設けてもよい。
【００５７】
また、図５に示すように、発電装置において、水槽２Ａ，２Ｂには、それぞれ、注水口２１及び排水口２２が設けられている側面に、板状のスライド開閉弁４Ａ，４Ｂが設けられる。本実施例では、スライド開閉弁４Ａ，４Ｂが、スライドするように摺動しながら上下に移動することによって、注水口２１及び排水口２２が開閉される。具体的には、スライド開閉弁４Ａ，４Ｂが下方向に移動することによって、注水口２１が開口されると同時に排水口が閉口し、水槽２Ａ，２Ｂ内に液体Ｗが注入される。また、スライド開閉弁４Ａ，４Ｂが上方向に移動することによって、排水口２２が閉口されると同時に排水口が開口し、水槽２Ａ，２Ｂ内の液体Ｗが排水される。
【００５８】
なおスライド開閉弁４Ａ，４Ｂの開閉は電動弁などを使用して電気的に行うことも可能であるが、その機構をより簡素なものとするために、機械的に行うことも好ましい。例えば、板状のスライド開閉弁４Ａ，４Ｂを一体として形成し、水位が所定の高さまで達すると注水口を閉口すると同時に排水口を開口し、水位が所定の高さを下回ると注水口を開口すると同時に排水口を閉口するフロート体（図示せず）の浮力によりスライド開閉弁の開閉を行う機械式弁を用いることや、液体が水槽に溜まった液体からの水圧が所定値に達することで排水口が開口して水槽に溜まった液体を排水し、水槽に溜まった液体の多くを排水した後に閉口する機械式弁を用いることができる。後者の場合、注水口２１を開閉するための注水口開閉弁４ｂを設け、この注水口開閉弁を排水口開閉弁４ａの開閉に連動させ、排水口開閉弁が開口すると閉口し、排水口開閉弁が閉口すると開口することも好ましい。
【００５９】
図７は、ピストン型水車を用いた発電装置の平面図である。図７は、図５に示す発電装置を、設置面に対して上から見た図に相当する。なお、図７では、図５に示した運動変換手段７Ａ，７Ｂ及び発電機６等は省略されている。
【００６０】
本実施例では、河川や湖の上流側から水を取り入れ、入水管を介して取り入れた水を液体Ｗとして各水槽２Ａ，２Ｂに注水する。入水管は、６つの分管（注水側分管５１という）に分けられ、図７に示すように、６つの注水側分管５１のうちの３つが水槽２Ａに接続され、水槽２Ａに液体Ｗを注水するために用いられる。また、水槽２Ａに接続される注水側分管５１以外の３つの注水側分管５１が水槽２Ｂに接続され、水槽２Ｂに液体Ｗを注水するために用いられる。
【００６１】
また、発電装置は、発電に用いた液体Ｗを、排水管を介して下流側へ排水する。本実施例では、排水管は、６つの分管（排水側分管５２という）に分けられ、図７に示すように、６つの排水側分管５２のうちの３つが水槽２Ａに接続され、水槽２Ａから液体Ｗを排水するために用いられる。また、水槽２Ａに接続される排水側分管５２以外の３つの排水側分管５２が水槽２Ｂに接続され、水槽２Ｂから液体Ｗを排水するために用いられる。
【００６２】
次に、動作について説明する。図８は、運動変換手段が浮力体の上下運動を回転運動に変換する動作を示す説明図である。図８では、一例として、図５に示す浮力体１Ａ，１Ｂ、水槽２Ａ，２Ｂ、ロッド３Ａ，３Ｂ及び運動変換手段７Ａ，７Ｂのうち、発電機６に対して左側に位置する浮力体１Ａ、水槽２Ａ、ロッド３Ａ及び運動変換手段７Ａを示す。なお、図８では、運動変換手段７Ａについては、その構成部分のうち一部だけが示されている。また、発電機６に対して右側に位置する浮力体１Ｂ、ロッド３Ｂ及び運動変換手段７Ｂの動作も、図８に示す浮力体１Ａ、ロッド３Ａ及び運動変換手段７Ａの動作と同様である。
また図８では、運動変換手段が浮力体の上下運動を回転運動に変換する動作の説明を容易化するために、実施例１で説明したストッパ機構や貯水タンクを省略するが、このことは本実施例において、ストッパ機構や貯水タンクを備えることを禁止するものではないことは勿論である。
【００６３】
図８では、水槽２Ａから排水口２２を介して液体Ｗが排水され、水槽２Ａに注水されている液体Ｗの量が最小となっている状態（図８（ａ））からの動作を説明する。図８（ａ）に示すように、水槽２Ａ内に注水されている液体Ｗの量が最小となっている状態において、まず、スライド開閉弁４Ａを下方向にスライドさせながら移動させるように制御する。スライド開閉弁４Ａを下方向に移動させることによって、図８（ａ）に示すように、注水口２１が開放された状態となり、注水口２１から水槽２Ａ内への液体Ｗの注水が開始される。
【００６４】
なお本実施例では、例えば、コンピュータなどの情報処理装置がプログラムに従って処理を実行することによって、スライド開閉弁４Ａをスライドさせる方向やタイミングを制御する。
【００６５】
液体Ｗの注水が開始されると、水槽２Ａ内の液体Ｗの量が増加する。すると、図８（ｂ）に示すように、液体Ｗの量の増加に従って、浮力体１Ａの位置が上昇する。また、浮力体１Ａの位置の上昇に従って、ロッド３Ａの位置が上昇する。
【００６６】
図８に示すように、運動変換手段７Ａは、クランク７１と、ギア７２とを含む。また、図４に示すように、クランク７１は、一方の端部がロッド３Ａに回動可能に接続される。
また、クランク７１は、ロッド３Ａに接続されている側とは反対側の端部がギア７２に固定される。図８（ｂ）に示すように、ロッド３Ａが上昇すると、ロッド３Ａが上昇する力によって、クランク７１を介してギア７２が回転される。なお、本実施例では、ギア７２が反時計回りに回転する場合を説明するが、ロッド３Ａの上昇によって、ギア７２が時計回りに回転してもよい。
【００６７】
また、更に水槽２Ａ内に液体Ｗが注水され続けると、水槽２Ａ内に注水されている液体Ｗの量が最大となり、浮力体１Ａが最高点まで上昇する。また、浮力体１Ａが最高点まで上昇することによって、ロッド３Ａが最高点まで上昇する（図８（ｃ））。
【００６８】
水槽２Ａ内に注入されている液体Ｗの量が最大となると、図８（ｃ）に示すように、スライド開閉弁４Ａを上方向にスライドさせながら移動させるように制御する。スライド開閉弁４Ａを上方向に移動させることによって、図８（ｃ）に示すように、排水口２２が開放された状態となり、排水口２２から水槽２Ａ内の液体の排水が開始される。
【００６９】
液体Ｗの排水が開始されると、水槽２Ａ内の液体Ｗの量が減少する。すると、図８（ｄ）に示すように、液体Ｗの量の減少に従って、浮力体１Ａの位置が下降する。また、浮力体１Ａの位置の下降に従って、ロッド３Ａの位置が下降する。この場合、図８（ｄ）に示すように、ロッド３Ａが下降すると、ロッド３Ａが下降する力によって、クランク７１を介してギア７２が回転される。
【００７０】
また、更に水槽２Ａ内の液体Ｗが排水され続けると、水槽２Ａ内に注水されている液体Ｗの量が最小となり、浮力体１Ａが最低点まで下降する。また、浮力体１Ａが最低点まで下降することによって、ロッド３Ａが最低点まで下降する（図８（ａ））。
【００７１】
そして、以上に示した動作に従って、水槽２Ａ内への液体Ｗの注水及び排水の動作が繰り返し行われることによって、ロッド３Ａが繰り返し上下運動を行い、ギア７２が回転し続ける。
【００７２】
また本実施例では、運動変換手段７Ａは、増速ギアを備える。そして、運動変換手段７Ａは、ロッド３Ａの上下運動を変換した回転運動の回転速度を、増速ギアを用いて増速する。
【００７３】
図９は、運動変換手段の構造の例を示す説明図である。図９に示すように、運動変換手段７Ａは、大小複数のギアを用いた増速ギア７３を備え、クランク７１を介して変換したギア７２の回転運動の回転速度を増速する機能を備える。なお、本実施例では特に言及していないが、運動変換手段７Ｂも、発電機６に対して対称に、同様に増速ギアを用いた構成を備える。
【００７４】
運動変換手段７Ａは、増速ギアを用いて回転速度を増速すると、増速した回転運動によって発電機６を回転させる。
【００７５】
運動変換手段７Ｂも、運動変換手段７Ａと同様の動作に従って、ロッド３Ｂの上下運動を回転運動に変換し、変換した回転運動を増速ギアを用いて増速する。また、運動変換手段７Ｂは、増速した回転運動によって発電機６を回転させる。
【００７６】
そして、発電機６は、運動変換手段７Ａ，７Ｂから伝えられ回転運動による回転力によって発電を行う。
【００７７】
なお、本実施例では、水槽２Ａと水槽２Ｂとに、それぞれ、交互に液体Ｗが注水され、且つ交互に液体Ｗが排水されるように制御する。すなわち、水槽２Ａ側に液体Ｗが注入されているときには、水槽２Ｂから液体Ｗを排水するように制御する。また、水槽２Ｂ側に液体Ｗが注入されているときには、水槽２Ａから液体Ｗを排水するように制御する。そのため、浮力体１Ａと浮力体１Ｂとが交互に上昇と下降とを行い、ロッド３Ａとロッド３Ｂとが交互に上昇と下降とを行う。そのように制御することによって、河川や湖から取り入れた液体Ｗ（本例では、水）を、効率的に水槽２Ａ及び水槽２Ｂにそれぞれ注水し、且つ排水することができる。
【実施例３】
【００７８】
次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施例では、実施例２で示した発電装置を１ユニットとし、複数ユニットの発電装置を用いて発電を行う場合を説明する。
【００７９】
図１０は、複数ユニットの発電装置を用いて発電を行う場合の構成例を示す平面図である。本実施例では、図１０に示すように、５ユニットの発電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅを用いて発電する場合を説明する。なお、図１０において、各発電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、それぞれ、実施例２で示した発電装置に相当する。
【００８０】
本実施例では、河川や湖から取り入れられた水が入水管１５１（例えば、直径３０ｍ程度）を介して運ばれる。また、入水管１５１は、５つの管（分岐入水管ともいう）１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ，１５１Ｄ，１５１Ｅ（例えば、直径６ｍ程度）に分岐され、それぞれ発電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅに注水される。
【００８１】
なお、図７に示したように、各分岐入水管１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ，１５１Ｄ，１５１Ｅは、発電装置毎に、さらに６つの注水側分管５１に分岐され、それぞれ水槽２Ａ，２Ｂに注水される。
【００８２】
また、本実施例では、各発電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅで用いられた水は、排水管１５２（例えば、直径３０ｍ程度）を介して排水される。また、排水管１５２は、５つの管（分岐排水管ともいう）１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ，１５２Ｅ（例えば、直径６ｍ程度）に分岐され、それぞれ発電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの排水に用いられる。
【００８３】
なお、図７に示したように、各分岐排水管１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ，１５２Ｅは、発電装置毎に、さらに６つの排水側分管５２に分岐され、それぞれ水槽２Ａ，２Ｂの排水に用いられる。
【００８４】
本実施例において、例えば、１ユニットあたりの発電装置は、幅１４ｍ及び奥行き１１ｍで実現される。この場合、図１０に示す発電システム全体の幅は、１ユニットあたりの発電装置の幅を考慮すると、７０ｍ程度確保すればよいことが分かる。また、図１０に示す発電システム全体の奥行きは、１ユニットあたりの発電装置の奥行きと、入水管１５１及び排水管１５２の直径とを考慮すると、８０ｍ程度確保すればよいことが分かる。
【００８５】
また、実施例２の１ユニットあたり且つ１秒あたりの発電装置の消費水量がｑ＝３（ｍ^３／ｓ）であるとすると、図７に示す発電システム全体の１秒あたりの消費水量は、１５（ｍ^３／ｓ）であることが分かる。
【００８６】
すなわち、図１０に示す発電システム全体の発電出力は、実施例２で示した１ユニットあたり且つ発電装置の発電出力の５倍程度となる。
【００８７】
なお本実施形態では複数の発電ユニットを並列に並べて発電を行う構成となっているが、複数の水槽２Ａ，２Ｂを階段状に配置し、上段の水槽の排水口２２から排水された液体Ｗが、下段の水槽の注水口２１へ導かれるように発電ユニットを階段状に並べて発電を行う構成とすることもできる（図示せず）。階段状に並べた発電ユニットによれば、少ない流量の河川等であっても、効率的に発電を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、河川や湖から取り入れた水を利用して発電する発電設備の用途に適用できる。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a power generator using a piston type water turbine. More specifically, a piston type water turbine that injects river water into a tank and drains river water stored in the tank to raise and lower the buoyancy body and use the vertical movement of the buoyancy body as power. The present invention relates to a power generation device using
[Background]
[0002]
Conventionally, hydroelectric power generation is known as a power generation method using water. At present, a representative method of hydroelectric power generation is a method of generating power by providing a small dam for clogging water in a river. In this method, first, water is taken in from the intake of the dam, and the taken-in water is led to a water tank in the power plant. Next, the turbine and the turbine are rotated at high speed and high pressure by the force of water flowing down from the water tank through the hydraulic iron pipe. And electric power generation is performed by the generator linked with the water wheel or turbine.
[0003]
In particular, there is a hydroelectric power generation called pumped-storage power generation. This pumped-storage power generation is a method in which water is pumped from the lower adjustment pond located across the power plant at night when electricity usage is low, and water is dropped from the upper adjustment pond during the daytime when electricity usage is high. Such a pumped-storage power generation is said to have an energy conversion efficiency of 60% or less at the time of power generation, but has a great economic effect in that power generation is performed using surplus power at night.
[0004]
In the following Patent Document 1, the applicant of the present application describes a power generation apparatus that causes air to flow into a tank, discharges the liquid in the tank from the lower part of the tank, and rotates the hydro turbine by the discharge force (water flow) to generate power. is suggesting.
[Patent Document 1]
JP 2004-124866 A
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0005]
However, in the above hydroelectric power generation method, in order to drop water at high speed and high pressure, a considerable difference in height must be provided between the intake dam setting location and the water turbine or turbine installation location. However, generally, drawing water from rivers, ponds, reservoirs, etc., and dropping water from high places at high speed and high pressure is often very difficult in terms of securing location conditions. Moreover, even when the power generation equipment is installed at an installation location that satisfies such location conditions, the natural environment may be destroyed due to the construction of the power generation equipment.
[0006]
In addition, instead of dropping water from a high place, it is possible to set up a propeller-type turbine or turbine directly in the river and use the flow rate of water flowing through the river to generate power. There is a problem that it is difficult to ensure a sufficient flow rate and pressure of water.
[0007]
Therefore, the present invention can generate power very efficiently even when the location conditions for dropping liquid (river water etc.) from a high place cannot be ensured or even when it is difficult to secure a large amount of liquid (water amount). An object is to provide a small-scale power generator.
[Means for Solving the Problems]
[0008]
The power generator using the piston-type water turbine according to the present invention includes a water tank (12, 2) into which liquid (W) is injected from above or below, and a liquid drained from below, and the liquid injected into the water tank or From the buoyancy body (11, 1) that rises and falls according to the amount of liquid drained from the water tank, the generator (16) that generates electric power by rotational movement, and the injection of liquid into the water tank or from the water tank Motion converting means (17, 7) for converting the buoyant body to the rotational motion for rotating the generator by using the up and down motion of the buoyancy body in the water tank accompanying the drainage of the liquid as power. , A power generation apparatus using a piston-type water wheel, wherein the motion conversion means is provided with a stopper mechanism (111) for controlling the ascent and descent of the buoyant body, and the stopper mechanism is provided with the water tank (12 , 2) Completed water injection Until the water tank is full, keep the buoyant body submerged in the bottom of the tank and allow the buoyant body to rise when the tank is almost full, and drainage from the tank is completed. The buoyant body is suspended in the upper part of the water tank until it becomes empty, and the buoyancy body is allowed to descend when the water tank is almost empty.
Here, a flywheel is attached to the connecting rod (172) constituting the power conversion means (17, 7), and the buoyancy body (11, 1) is stopped at the top dead center or the bottom dead center. In particular, it is preferable that the connecting rod is rotated by inertial force to power the generator.
[0009]
In addition, a hollow portion is formed inside the buoyancy body (11, 1), and the hollow portion is formed by a rising force generated by the buoyancy body by water injection into the water tank (12, 2) and drainage from the water tank. It is preferable that the liquid (W) in an amount that is approximately equal to the descending force generated in the buoyancy body is poured in advance.
[0010]
Furthermore, the present invention provides a water injection port (121, 21) for pouring the liquid (W) formed in the upper part or the lower part of the water tank (12, 2), and a liquid formed in the lower part of the water tank. A drain opening (122, 22) for draining and a drain opening / closing valve (42, 4a) for opening / closing the drain opening, the drain opening / closing valve from the liquid accumulated in the water tank. When the water pressure of the water tank reaches a predetermined value, the drainage port may be opened to drain the liquid accumulated in the water tank, and the liquid collected in the water tank may be drained and then closed.
[0011]
Here, the present invention further includes a water inlet opening / closing valve (41, 4b) for opening and closing the water inlet (121, 21), and the water inlet opening / closing valve opens and closes the drain opening / closing valve (42, 4a). It is preferable that when the drain opening / closing valve is opened, the opening is closed, and when the drain opening / closing valve is closed, the opening is opened.
[0012]
Moreover, this invention drains the liquid formed in the upper part or the lower part of the said water tank (2A, 2B) for pouring the liquid (W) and the water inlet (21) formed in the lower part of the said water tank. A drain opening (22) for opening and a plate-like slide opening / closing valve (4) for opening and closing the water injection opening and the drain opening in the water tank, the slide opening / closing valve being the water injection opening of the water tank. And by sliding and moving on the surface on which the drain port is provided, the drain port is opened and sliding on the surface on which the water inlet and the drain port of the water tank are provided. By the above, the water inlet can be opened.
[0013]
Here, the motion converting means (17, 7) is provided with a stopper mechanism (111) for controlling the ascending / descending of the buoyant body (11, 1). , 2) Keep the buoyant body submerged in the bottom of the aquarium until it is full after the water injection into the tank is completed, and allow the buoyant body to rise when the aquarium is almost full, It is preferable that the buoyancy body is suspended in the upper part of the water tank in a suspended state until drainage from the water tank is completed and becomes empty, and the buoyancy body is allowed to descend when the water tank is almost empty.
[0014]
The present invention also provides a water inlet (121, 21) for pouring the liquid (W) formed in the upper or lower part of the water tank (12, 2) and a liquid formed in the lower part of the water tank. Drain outlets (122, 22) for draining, water inlet opening / closing valves (41, 4b) for opening / closing the water inlets, and drain opening / closing valves (42, 4a) for opening / closing the water outlets A water storage tank (20) that is installed at a height higher than the height of the upper surface of the water tank, and that temporarily stores the liquid (W) introduced from a river or the like. It is also preferable that the liquid stored in the tank is poured into the water tank from the bottom of the water storage tank through the water inlet opening / closing valve.
[0015]
Furthermore, in the power generator using the piston-type water turbine of the present invention, a plurality of water tanks (12, 2) are arranged in a step shape, and the liquid (W) drained from the drain ports (122, 22) of the upper water tank is It is guided to the water inlet (121, 21) of the lower tank.
【The invention's effect】
[0016]
In the power generation device using the piston type turbine according to the present invention, the vertical movement of the buoyant body is converted into the rotational movement by controlling the operation of pouring the liquid into the water tank and discharging it from the water tank. Therefore, power can be generated by rotating the generator with a large force by the converted rotational motion. Thereby, even if it is a case where the site conditions which drop water from a high place cannot be ensured, electric power generation can be performed. Even in a river or stream with a small flow rate, almost all of the flow rate can be used for power generation, so that power can be generated very efficiently.
If a buoyancy body is provided with a stopper mechanism that controls the rising and lowering of the buoyancy body, the generator is rotated by a larger force than when the buoyancy body gradually moves up and down as the liquid in the water tank increases and decreases. It can be performed.
In addition, by attaching a flywheel to the connecting rod that constitutes the power conversion means, power can be applied to the generator even when the buoyancy body is stopped, so that power can be generated more efficiently. It becomes.
[0017]
Here, if a predetermined amount of liquid is poured into the cavity inside the buoyant body in advance, the ascending force and the descending force of the buoyant body can be made the same, and the generator can rotate smoothly. be able to. Here, the predetermined amount of liquid is the amount of liquid so that the ascending force (= buoyancy-load) generated by the buoyant body by water injection and the descending force (= load) generated by the drainage on the buoyant body are approximately the same. Say.
[0018]
In addition, if a mechanism for opening and closing the drainage port using the water pressure of the liquid accumulated in the water tank is provided, the drainage opening and closing valve can be opened and closed without electronic control. Here, the water tank is further provided with a water inlet, and the opening and closing of the water inlet opening / closing valve is interlocked with the opening / closing of the water outlet opening / closing valve, so that power generation efficiency can be improved by more efficient water injection and drainage.
[0019]
In addition, if a plate-like slide on / off valve for opening and closing the water inlet and drain outlet is provided in the water tank as the water inlet / outlet valve and drain outlet on / off valve, the slide on / off valve is slid upward or downward. Thus, the water inlet and the drain outlet can be efficiently opened and closed.
[0020]
[0021]
In addition, by introducing the liquid to be poured into the aquarium from a storage tank installed at a higher position than the aquarium, even when draining from the aquarium, the water introduced from the river etc. can be stored in the storage tank without wasting it. It can be stored and river water etc. can be used effectively.
[0022]
In addition, multiple tanks are arranged in steps, and the liquid drained from the drain of the upper tank is led to the water inlet of the lower tank. And high power generation can be achieved.
[0023]
If the buoyant body is made flat and the plane area thereof is increased, the height of the portion that will sink in the liquid is reduced, so that it is possible to generate power even under a condition where the drop does not drop as low as 1 m or less.
[Brief description of the drawings]
[0024]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing another structural example of a power generator using a piston-type water turbine according to a first embodiment.
2 is a transparent view of the power generator shown in FIG. 1 as viewed from the side.
FIG. 3 is a block diagram showing a system configuration in the power generator of the first embodiment.
4 is a cross-sectional view including a buoyant body 1A and a water tank 2A located on the left side with respect to the generator 6. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a power generator using a piston type turbine according to a second embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the structure of a buoyancy body and a water tank.
FIG. 7 is a plan view of a power generator using a piston type water wheel.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an operation in which the motion conversion means converts the vertical motion of the buoyancy body into a rotational motion.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the structure of the motion conversion means.
FIG. 10 is a plan view illustrating a configuration example in a case where power generation is performed using a plurality of units of power generation devices according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
[0025]
1A, 1B, 11A, 11B Buoyant body
2A, 2B, 12A, 12B Aquarium
3A, 3B, 13A, 13B Rod
4A, 4B Slide on / off valve
4a Water injection side open / close valve
4b Drain side open / close valve
6,16 generator
7A, 7B, 17 Motion conversion means
10A, 10B, 10C, 10D, 10E Power generator
19 v belt
20A, 20B water storage tank
23 Tanibe
41A, 41B Water injection side open / close valve
42A, 42B Drain side open / close valve
51 Injection side distribution pipe
52 Drain side distribution pipe
71 cranks
72 Gear
73 Speed up gear
111 Stopper mechanism
121A, 121B, 21a, 21b, 21c
122A, 122B, 22a, 22b, 22c
151A, 151B, 151C, 151D, 151E Branch water pipe
152A, 152B, 152C, 152D, 152E Branch drainage pipe
171 Large gear
172 Connecting rod
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0026]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a power generator using a piston-type water turbine according to the present invention. FIG. 2 is a side transparent view of the power generation device shown in FIG. 1 as viewed from the side.
[Example 1]
[0027]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the power generators using piston type turbines are respectively buoyant bodies 11A and 11B (these are collectively referred to as 11. The same reference numerals are used for the following components). Water tanks 12A and 12B, rods 13A and 13B, water storage tanks 20A and 20B, and a generator 16. Further, the power generation device includes a motion conversion means 17 that converts the vertical motion of the rod 13 into a rotational motion and rotates the generator 16.
[0028]
As shown in FIG. 1, for example, the buoyancy body 11A, the water tank 12A, the water storage tank 20A, and the rod 13A are symmetric with respect to the motion conversion means 17 with the buoyancy body 11B, the water tank 12B, the water tank 20B, and the rod 13B. Be placed. As shown in FIG. 1, the water storage tank 20 is installed at such a height that the bottom surface comes higher than the upper surface height of the water tank 12.
[0029]
The buoyancy body 11 of the present embodiment has, for example, a rectangular parallelepiped shape or a spherical shape. The buoyancy body 11 may have another shape such as a prismatic shape or a cylindrical shape. Moreover, the buoyancy body 11 is manufactured using synthetic resins, such as polyethylene, and aluminum, for example.
Further, a cavity is formed inside the buoyancy body 11. A predetermined amount of liquid W (for example, water) is poured into the cavity inside the buoyancy body. By injecting a predetermined amount of the liquid W in this way, the buoyancy and the own weight of the buoyancy body 11 can be adjusted appropriately. In order to adjust the buoyancy of the buoyancy body 11, a weight using lead or the like may be attached outside or inside the buoyancy body.
[0030]
Moreover, the water tank 12 and the water storage tank 20 of a present Example are carrying out rectangular parallelepiped shape. The aquarium 12 has a horizontal cross-sectional shape that is about twice as large as the horizontal cross-sectional shape of the buoyancy body so that the buoyancy body 11 that moves up and down in the aquarium does not come into contact with the aquarium. In addition, the water tank 12 and the water storage tank 20 can also have other prismatic shapes, cylindrical shapes, or the like. Here, it is desirable that the amount of water stored in the water storage tank is greater than or equal to the amount of water stored in the water tank.
The water tank 12 is provided with water inlets 121A and 121B at the upper part and water inlets 122A and 122B at the lower part, respectively.
[0031]
The water storage tank 20A and the water tank 12A, and the water storage tank 20B and the water tank 12B are arranged via electric water injection side opening / closing valves 41A and 41B in order to inject the liquid W stored in the water storage tank into the water injection ports 121A and 121B of the water tank. Piping is connected. In addition, piping for draining water from the drain ports 122A and 122B is formed at the bottom of the water tank by opening and closing electric drain side opening / closing valves 42A and 42B.
In FIG. 1, the bottom of the water storage tank 20 and the top of the water tank 12 are connected by piping, but the bottom of the water storage tank 20 and the bottom of the water tank 12 may be connected by piping and water may be poured from the bottom of the water tank. . In this case, it is also preferable to use one three-way valve (not shown) instead of using the two valves of the water injection side opening / closing valve 41 and the drainage side opening / closing valve 42.
[0032]
The motion conversion means 17 includes a large gear 171 and a connecting rod 172 as shown in FIG. The vertical motion of each rod 13 is converted into rotational motion via the connecting rod 172 of the motion conversion means 17. The converted rotational motion is transmitted from the large gear 171 of the motion conversion means 17 to the generator 16 via a belt (for example, v-belt) 19 to rotate the generator. The generator 16 generates power by the rotational force generated by the rotational motion transmitted via the v-belt 19.
[0033]
Here, the motion conversion means 17 is provided with a stopper mechanism 111 that restricts the lifting and lowering of the buoyancy body 11. The stopper mechanism 111 is operated by the power of a motor that operates according to a command from an information processing apparatus such as a computer, and restricts the vertical movement of the rod 13 according to a program.
More specifically, the stopper mechanism 11 is a state in which each buoyant body is submerged in the bottom of the water tank (bottom dead center) by fixing the rod and pressing the buoyant body until the inside of the water tank 12 is full. The stopper mechanism is released when the tank is full. When the stopper mechanism 111 is released, the buoyancy body 11 is raised and the connecting rod 172 is rotated. When the buoyant body 11 rises and reaches the upper part (top dead center) in the water tank 12, the stopper mechanism 111 is actuated by the power of the motor to fix the rod 13 again, and the buoyant body descends during drainage. Suppress. At this time, the buoyancy body 11 is suspended in the water tank 12. When the drainage is almost completed, the stopper mechanism 111 is released, and the buoyancy body 11 is lowered by its own weight to rotate the connecting rod 172. By repeating the above operation, the connecting rod 172 rotates continuously, power is transmitted to the generator 16 via the large gear 171 and the v-belt 19, and power generation is performed. By providing such a stopper mechanism 111, more force is applied to the rod 13 when the buoyant body is lifted / lowered than when the buoyant body 11 is lifted / lowered gradually as the liquid W in the water tank 12 increases / decreases. Therefore, power can be generated by rotating the generator 16 with a large force.
[0034]
Although not shown in the drawings, for example, a flywheel is attached to the connecting rod 172, and a clutch is provided at the connecting portion between the rod 13 and the connecting rod 172, so that the buoyancy body 11 stops at the top dead center or the bottom dead center. Even when the connecting rod is provided with a mechanism for rotating the inertial force to power the generator 16, power generation can be performed more efficiently.
[0035]
In this embodiment, the liquid W (for example, water) taken from a river or lake is first stored in the water storage tank 20. By controlling the water injection side open / close valve 41 to open and close, the water W stored in the water storage tank 20 is injected into the water tank 12 and shut off. Further, the drainage side on / off valve 42 is controlled to open and close, thereby draining / blocking the liquid W from the water tank 12.
The water storage tank 20 is always filled with liquid from a river or the like. By providing such a water storage tank, even when the water tank 12 is drained, the entire amount of water introduced from the river or the like can be stored in the water storage tank and used for power generation.
[0036]
In this way, the buoyancy body 11 moves up and down by repeatedly executing the control of pouring and draining the liquid W into the water tank 12. Further, the rod 13 moves up and down as the buoyancy body 11 moves up and down. The motion conversion means 17 converts the vertical motion of the rod 13 into a rotational motion.
[0037]
In the present embodiment, for example, an information processing device such as a computer executes processing according to a program to control the timing of opening and closing the water injection side opening / closing valve 41 and the drain side opening / closing valve 42.
[0038]
FIG. 3 is a block diagram showing the system configuration of the power generator of this embodiment. The water injection side open / close valve 41 and the drain side open / close valve 42 are opened and closed under the control of a computer. The computer controls the operation of the stopper mechanism 111 to control the lifting and lowering of the buoyant body 11 in the water tank 12. On the other hand, the generator 16 that generates power using the power from the v-belt 19 transmits the generated power from the transmission line via the battery. In addition, electric power is supplied from a battery connected to the generator to the motor that operates the computer, the water injection side opening / closing valve 41, the drain side opening / closing valve, and the stopper mechanism 111.
[0039]
Next, a specific design example of the power generation device will be described. First, a design example of the water tank 12 will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view including the buoyancy body 11A and the water tank 12A located on the left side with respect to the generator 16. In this example, in order to facilitate the design, the water tank 12 is assumed to be a cube having a square bottom and side surfaces.
[0040]
As shown in FIG. 4, in this design example, the width w and the depth t of the water tank 12A are 1.5 m, and the maximum water depth h when the liquid W is poured into the water tank is 4 m. Then, the water consumption amount Q of the liquid W injected into the water tank 12A, which is necessary for one cycle in which the buoyancy body 11A rises and falls _A Is obtained using the following equation.
Q _A = W × t × h = 1.5 (m) × 1.5 (m) × 4 (m) = 9 (m ³ )
[0041]
Similarly, the water consumption amount Q of the liquid W per cycle for the water tank 12B. _B Is 9m ³ Therefore, the water consumption Q per cycle of the entire power generation device is obtained using the following equation.
Q = 9 (m ³ ) × 2 = 18 (m ³ )
[0042]
Here, it is desirable that the time required for one cycle until the buoyancy bodies 11A and 11B rise and fall is about 9 seconds. If the time required per cycle is τ = 9 seconds, the water consumption amount q of the power generator per second can be obtained using the following equation.
q = Q / τ = 18/9 = 2 (m ³ / S)
This amount of water can be secured relatively easily even in a small stream.
[0043]
Next, the power generation output generated using the power generation device will be described. In this example, the volume of the spherical buoyant body 11A shown in FIG. 4 is 1020 liters. The density of water is 1 kg / l.
Then, the buoyancy F of the buoyancy body 11A _A Is obtained using the following equation.
F _A = (Volume of buoyant body 11A) × (Water density)
= 1020 x 1 = 1020 (kgf)
[0044]
Here, if the weight of the buoyant body 11A is 510 kg, the force with which the buoyant body 11A pushes up the rod 13A or pulls down the rod is 510 kgf. The same applies to the buoyancy body 11B.
[0045]
If the distance at which the buoyant body 11A floats in 1 second is 1 m, the work rate (T _A ) Is obtained using the following equation.
T _A = 510 (kgf) × 1 (m) / 1 (s) = 510 (kgfm / s)
[0046]
At this time, the buoyancy body 11B is lowered by 1 m per second due to its own weight. _B ) Is 510 kgfm / s.
Therefore, the total power (T) of the buoyancy bodies 11A and 11B is obtained using the following equation.
T = T _A + T _B == 1020 (kgfm / s)
[0047]
Here, when the work rate is converted into electric power from the relationship of 1 W (Watt) = 0.102 kgfm / s,
W = T / 0.102 = 1020 / 0.102 = 10000 (W) = 10 (kW)
It becomes.
[0048]
As described above, according to the present embodiment, the vertical motion of the buoyancy bodies 11A and 11B is converted into the rotational motion by controlling the operation of pouring and draining the liquid W into the water tanks 12A and 12B. Electric power can be generated by rotating the generator 16 by the converted rotational motion.
As described above, according to the present invention, the buoyancy bodies 11A and 11B can be moved up and down with a large force even when the location conditions for dropping water from a high place cannot be ensured or when it is difficult to secure a large amount of water. Thus, a small-scale power generator capable of generating power by rotating the generator 16 with large rotational power is provided.
[0049]
Actually, if there is a loss or power consumption of about 1 to 2 kW in the power generation efficiency of the generator, the opening / closing of the water injection side on / off valve, the drain side on / off valve, the stopper mechanism, the computer controlling the water injection and drainage, etc. Although it is conceivable, a power generation device consisting of two water tanks can still obtain a power output of 8 to 9 kW.
[0050]
Here, instead of the drain side opening / closing valve 42, when the water pressure from the liquid accumulated in the water tank reaches a predetermined value, the drain opening opens to drain the liquid accumulated in the water tank, and the liquid accumulated in the water tank. If a mechanical valve that closes after draining most of the water is used, power consumption for opening and closing the drain can be eliminated.
[0051]
Of course, if the number of power generation devices is increased, the amount of power generation can be increased. In this case, if a plurality of water tanks 12 are arranged in a staircase shape and the liquid W drained from the drain port 122 of the upper tank is guided to the water inlet 121 (or the water storage tank 20) of the lower tank, Even a river with a small flow rate can efficiently generate power.
[Example 2]
[0052]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a power generator using a piston type turbine according to the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing an example of the structure of the buoyancy body and the water tank.
In FIG. 6, as an example, the buoyancy body 1 A and the water tank 2 A located on the left side of the generator 6 among the two buoyancy bodies 1 A and 1 B and the water tanks 2 A and 2 B illustrated in FIG. The structures of the buoyancy body 1B and the water tank 2B located on the right side with respect to the generator 6 are the same as the structures of the buoyancy body 1A and the water tank 2A shown in FIG.
[0053]
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the buoyancy body 1A has a cylindrical shape. The buoyancy body 1A may have another shape such as a quadrangular prism shape or a triangular prism shape. Further, as in the first embodiment, a hollow portion is formed inside the buoyancy body 1A and a predetermined amount of liquid W (for example, water) is injected therein.
[0054]
As shown in FIG. 6, the water tank 2A has a prismatic shape. In this embodiment, the water tank 2A is formed in a prismatic shape with a pentagonal bottom as shown in FIG. In addition, you may use the thing of other shapes, such as quadratic prism shape, as the water tank 2A.
In the present embodiment, a trough 23 is formed in the lower part of the water tank 2A by using the water tank 2A having a prismatic bottom with a pentagonal bottom. By forming the valley 23, when the liquid W is injected from the water injection port 21, the water W is efficiently filled into the water tank 2A.
[0055]
In addition, water injection ports 21a, 21b, and 21c for injecting the liquid W into the water tank 2A are provided at the upper part of one of the two side surfaces in the longitudinal direction of the water tank 2A. In addition, although FIG. 6 demonstrates the case where the three water inlets 21 are provided in the upper part of one side surface of the water tank 2A, the number of water inlets is not restricted to three. For example, only one or two inlets may be provided on the side surface of the water tank 2A, or four or more inlets may be provided.
If the liquid poured into the buoyant body is applied from above, a downward load is applied to the buoyant body, and the buoyancy of the buoyant body is reduced, which is not preferable. It is preferable not to be directly applied to.
[0056]
Further, drainage ports 22a, 22b, and 22c for draining the liquid W in the water tank 2A are provided at the lower part of the side surface of the water tank 2A in which the water injection port 21 is provided. Although FIG. 6 demonstrates the case where the three drain outlets 22 are provided in the lower part of one side surface of the water tank 2A, the number of drain outlets is not restricted to three. For example, only one or two drain outlets may be provided on the side surface of the water tank 2A, or four or more drain outlets may be provided.
[0057]
As shown in FIG. 5, in the power generation apparatus, the water tanks 2 A and 2 B are provided with plate-like slide opening / closing valves 4 A and 4 B on the side surfaces where the water injection port 21 and the drain port 22 are provided, respectively. In the present embodiment, the water inlet 21 and the water outlet 22 are opened and closed by the slide opening / closing valves 4A and 4B moving up and down while sliding. Specifically, when the slide opening / closing valves 4A and 4B move downward, the water inlet 21 is opened and the drain port is closed simultaneously, and the liquid W is injected into the water tanks 2A and 2B. Further, when the slide opening / closing valves 4A and 4B move upward, the drainage port 22 is closed and at the same time the drainage port is opened, and the liquid W in the water tanks 2A and 2B is drained.
[0058]
The slide opening / closing valves 4A and 4B can be electrically opened / closed using an electric valve or the like, but it is also preferable to mechanically perform the mechanism in order to make the mechanism simpler. For example, plate-like slide opening / closing valves 4A and 4B are integrally formed, and when the water level reaches a predetermined height, the water inlet is closed and at the same time the drain port is opened, and when the water level falls below the predetermined height, the water inlet is opened. At the same time, use a mechanical valve that opens and closes the slide opening / closing valve by the buoyancy of a float body (not shown) that closes the drain outlet, or drains water when the water pressure from the liquid accumulated in the water tank reaches a predetermined value. It is possible to use a mechanical valve that opens the mouth and drains the liquid accumulated in the water tank, and closes the liquid after draining most of the liquid accumulated in the water tank. In the latter case, a water inlet opening / closing valve 4b for opening and closing the water inlet 21 is provided, and this water inlet opening / closing valve is interlocked with the opening / closing of the water outlet opening / closing valve 4a. It is also preferred that the valve opens when the valve is closed.
[0059]
FIG. 7 is a plan view of a power generator using a piston type water wheel. FIG. 7 corresponds to a view of the power generation device shown in FIG. 5 as viewed from above with respect to the installation surface. In FIG. 7, the motion conversion means 7A, 7B and the generator 6 shown in FIG. 5 are omitted.
[0060]
In this embodiment, water is taken from the upstream side of the river or lake, and the water taken in via the water intake pipe is poured into each of the water tanks 2A and 2B as a liquid W. The water intake pipe is divided into six distribution pipes (referred to as water injection side distribution pipes 51), and as shown in FIG. 7, three of the six water injection side distribution pipes 51 are connected to the water tank 2A, and the liquid W is injected into the water tank 2A. Used for. Moreover, three water injection side distribution pipes 51 other than the water injection side distribution pipe 51 connected to the water tank 2A are connected to the water tank 2B and used to inject the liquid W into the water tank 2B.
[0061]
In addition, the power generation device drains the liquid W used for power generation to the downstream side through the drain pipe. In the present embodiment, the drain pipe is divided into six branch pipes (referred to as drain side branch pipes 52), and as shown in FIG. 7, three of the six drain side branch pipes 52 are connected to the water tank 2A, and from the water tank 2A. Used to drain the liquid W. Further, three drain side branch pipes 52 other than the drain side branch pipe 52 connected to the water tank 2A are connected to the water tank 2B and used for draining the liquid W from the water tank 2B.
[0062]
Next, the operation will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an operation in which the motion conversion means converts the vertical motion of the buoyancy body into a rotational motion. In FIG. 8, as an example, the buoyancy bodies 1A and 1B, the water tanks 2A and 2B, the rods 3A and 3B, and the motion conversion means 7A and 7B shown in FIG. A water tank 2A, a rod 3A, and a motion conversion means 7A are shown. In FIG. 8, only a part of the components of the motion conversion means 7A is shown. Further, the operations of the buoyancy body 1B, the rod 3B and the motion conversion means 7B located on the right side with respect to the generator 6 are the same as the operations of the buoyancy body 1A, the rod 3A and the motion conversion means 7A shown in FIG.
In FIG. 8, the stopper mechanism and the water storage tank described in the first embodiment are omitted in order to facilitate the description of the operation in which the motion converting means converts the vertical motion of the buoyant body into the rotational motion. In the embodiment, it goes without saying that the provision of a stopper mechanism and a water storage tank is not prohibited.
[0063]
In FIG. 8, the operation from the state (FIG. 8A) in which the liquid W is drained from the water tank 2A through the drain port 22 and the amount of the liquid W poured into the water tank 2A is minimized will be described. . As shown in FIG. 8A, in the state where the amount of the liquid W injected into the water tank 2A is minimized, first, the slide on / off valve 4A is controlled to move while sliding downward. . By moving the slide opening / closing valve 4A downward, as shown in FIG. 8A, the water injection port 21 is opened, and the injection of the liquid W from the water injection port 21 into the water tank 2A is started. .
[0064]
In this embodiment, for example, an information processing device such as a computer executes processing according to a program to control the direction and timing of sliding the slide opening / closing valve 4A.
[0065]
When water injection of the liquid W is started, the amount of the liquid W in the water tank 2A increases. Then, as shown in FIG. 8B, the position of the buoyancy body 1A rises as the amount of the liquid W increases. Further, as the position of the buoyancy body 1A increases, the position of the rod 3A increases.
[0066]
As shown in FIG. 8, the motion conversion means 7 A includes a crank 71 and a gear 72. Moreover, as shown in FIG. 4, the crank 71 has one end rotatably connected to the rod 3A.
Further, the end of the crank 71 opposite to the side connected to the rod 3 A is fixed to the gear 72. As shown in FIG. 8B, when the rod 3 A is raised, the gear 72 is rotated via the crank 71 by the force that the rod 3 A is raised. In this embodiment, the case where the gear 72 rotates counterclockwise will be described. However, the gear 72 may rotate clockwise as the rod 3A rises.
[0067]
Further, when the liquid W continues to be poured into the water tank 2A, the amount of the liquid W poured into the water tank 2A becomes maximum, and the buoyancy body 1A rises to the highest point. Further, as the buoyancy body 1A rises to the highest point, the rod 3A rises to the highest point (FIG. 8 (c)).
[0068]
When the amount of the liquid W injected into the water tank 2A is maximized, as shown in FIG. 8C, the slide on-off valve 4A is controlled to move while sliding upward. By moving the slide opening / closing valve 4A upward, as shown in FIG. 8C, the drain port 22 is opened, and drainage of the liquid in the water tank 2A is started from the drain port 22.
[0069]
When drainage of the liquid W is started, the amount of the liquid W in the water tank 2A decreases. Then, as shown in FIG. 8D, the position of the buoyancy body 1A is lowered as the amount of the liquid W decreases. Further, as the position of the buoyancy body 1A is lowered, the position of the rod 3A is lowered. In this case, as shown in FIG. 8D, when the rod 3A is lowered, the gear 72 is rotated via the crank 71 by the force by which the rod 3A is lowered.
[0070]
Further, when the liquid W in the water tank 2A continues to be drained, the amount of the liquid W poured into the water tank 2A is minimized, and the buoyancy body 1A is lowered to the lowest point. Further, when the buoyancy body 1A is lowered to the lowest point, the rod 3A is lowered to the lowest point (FIG. 8 (a)).
[0071]
Then, in accordance with the operation described above, the operation of pouring and draining the liquid W into the water tank 2A is repeatedly performed, so that the rod 3A repeatedly moves up and down and the gear 72 continues to rotate.
[0072]
In the present embodiment, the motion conversion means 7A includes a speed increasing gear. Then, the motion conversion means 7A increases the rotational speed of the rotational motion obtained by converting the vertical motion of the rod 3A using a speed increasing gear.
[0073]
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the structure of the motion conversion means. As shown in FIG. 9, the motion conversion means 7 A includes a speed increasing gear 73 using a plurality of large and small gears, and has a function of increasing the rotational speed of the rotational motion of the gear 72 converted via the crank 71. Although not specifically mentioned in the present embodiment, the motion conversion means 7B is also provided with a configuration using a speed-up gear similarly to the generator 6 in a similar manner.
[0074]
When the rotational speed is increased using the speed increasing gear, the motion converting means 7A rotates the generator 6 by the increased rotational motion.
[0075]
The motion converting means 7B also converts the vertical motion of the rod 3B into a rotational motion according to the same operation as the motion converting means 7A, and increases the speed of the converted rotational motion using a speed increasing gear. Moreover, the motion conversion means 7B rotates the generator 6 by the increased rotational motion.
[0076]
Then, the generator 6 generates power by the rotational force transmitted from the motion conversion means 7A and 7B and caused by the rotational motion.
[0077]
In this embodiment, control is performed so that the liquid W is alternately poured into the water tank 2A and the water tank 2B, and the liquid W is alternately discharged. That is, when the liquid W is being injected into the water tank 2A side, the liquid W is controlled to be drained from the water tank 2B. Moreover, when the liquid W is inject | poured into the water tank 2B side, it controls so that the liquid W is drained from the water tank 2A. Therefore, the buoyant body 1A and the buoyant body 1B alternately rise and fall, and the rod 3A and the rod 3B alternately rise and fall. By controlling in this way, the liquid W (in this example, water) taken from a river or lake can be efficiently poured into the water tank 2A and the water tank 2B and drained.
[Example 3]
[0078]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case will be described in which the power generation device shown in the second embodiment is one unit and power generation is performed using a plurality of power generation devices.
[0079]
FIG. 10 is a plan view illustrating a configuration example in a case where power generation is performed using a plurality of units of power generation devices. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, a case will be described in which power generation is performed using five units of power generation devices 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E. In addition, in FIG. 10, each power generator 10A, 10B, 10C, 10D, 10E is equivalent to the power generator shown in Example 2, respectively.
[0080]
In the present embodiment, water taken from a river or lake is carried through a water intake pipe 151 (for example, a diameter of about 30 m). In addition, the water intake pipe 151 is branched into five pipes (also called branch water intake pipes) 151A, 151B, 151C, 151D, 151E (for example, about 6 m in diameter), which are respectively connected to the power generators 10A, 10B, 10C, 10D, 10E. Water is poured.
[0081]
In addition, as shown in FIG. 7, each branch water intake pipe 151A, 151B, 151C, 151D, 151E is further branched into six water injection side distribution pipes 51 for every power generator, and water is injected into the water tanks 2A, 2B, respectively. .
[0082]
In the present embodiment, the water used in each of the power generation apparatuses 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E is drained through a drain pipe 152 (for example, a diameter of about 30 m). The drainage pipe 152 is branched into five pipes (also referred to as branch drainage pipes) 152A, 152B, 152C, 152D, and 152E (for example, about 6 m in diameter), and the power generators 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E are respectively branched. Used for drainage.
[0083]
In addition, as shown in FIG. 7, each branch drainage pipe 152A, 152B, 152C, 152D, 152E is further branched into six drainage side branch pipes 52 for each power generator, and used for drainage of the water tanks 2A, 2B, respectively. It is done.
[0084]
In the present embodiment, for example, the power generation device per unit is realized with a width of 14 m and a depth of 11 m. In this case, it is understood that the width of the entire power generation system shown in FIG. 10 may be secured about 70 m in consideration of the width of the power generation device per unit. Further, it is understood that the depth of the entire power generation system shown in FIG. 10 may be secured about 80 m in consideration of the depth of the power generation device per unit and the diameters of the water inlet pipe 151 and the drain pipe 152.
[0085]
Further, the water consumption amount of the power generation device per unit and per second in Example 2 is q = 3 (m ³ / S), the amount of water consumed per second of the entire power generation system shown in FIG. ³ / S).
[0086]
That is, the power generation output of the entire power generation system shown in FIG. 10 is about five times the power generation output per unit shown in the second embodiment and the power generation apparatus.
[0087]
In the present embodiment, a plurality of power generation units are arranged in parallel to generate power. However, the plurality of water tanks 2A and 2B are arranged in a step shape, and the liquid W drained from the drain port 22 of the upper water tank is The power generation units may be arranged in a staircase so as to be guided to the water inlet 21 of the lower water tank (not shown). According to the power generation units arranged in a staircase shape, power can be generated efficiently even in a river with a small flow rate.
[Industrial applicability]
[0088]
The present invention can be applied to the use of power generation facilities that generate power using water taken from rivers and lakes.

Claims

上方または下方から液体（Ｗ）が注水され、また、下方から液体が排水される水槽（１２，２）と、
該水槽に注水された液体または該水槽から排水された液体の液量に伴いに上昇・下降する浮力体（１１，１）と、
回転運動により発電を行う発電機（１６）と、
前記水槽への液体の注水または前記水槽からの液体の排水に伴う前記浮力体の水槽内での上昇および下降の上下運動を動力として、前記発電機を回転させるための回転運動に変換する運動変換手段（１７，７）と、を備えた、ピストン型水車を用いた発電装置であって、
前記運動変換手段には、前記浮力体の上昇・下降を制御するストッパ機構（１１１）が備えられており、
該ストッパ機構は、前記水槽（１２，２）内への注水が完了して満水となる前までは水槽内底部に浮力体を沈めた状態で留め、水槽内がほぼ満水となった時点で浮力体の上昇を許可し、また、前記水槽内からの排水が完了して空となる前までは水槽内上部に浮力体を宙吊り状態で留め、水槽内がほぼ空となった時点で浮力体の下降を許可する、ことを特徴とするピストン型水車を用いた発電装置。A water tank (12, 2) in which liquid (W) is poured from above or below, and liquid is drained from below;
A buoyant body (11, 1) that rises and falls according to the amount of liquid poured into the water tank or drained from the water tank;
A generator (16) for generating electricity by rotational movement;
Motion conversion to convert the buoyant body into a rotational motion for rotating the generator, using ascending and descending vertical motion of the buoyancy body in the water tank accompanying the injection of liquid into the water tank or the drainage of the liquid from the water tank A power generator using a piston-type water turbine, comprising means (17, 7),
The motion conversion means is provided with a stopper mechanism (111) for controlling ascent and descent of the buoyancy body,
The stopper mechanism is kept in a state where a buoyant body is submerged in the bottom of the water tank until the water tank (12, 2) is completely filled with water before the water tank is filled, and the buoyancy is generated when the water tank is almost full. Allow the body to rise, and keep the buoyant body suspended in the upper part of the water tank until the drainage from the water tank is completed and empty, and when the water tank is almost empty, A power generator using a piston-type water turbine characterized by allowing the descent.

前記動力変換手段（１７，７）を構成するコンロッド（１７２）にはフライホイールが取り付けられており、前記浮力体（１１，１）が上死点または下死点で停止している際にも、前記コンロッドが慣性力によって回転して発電機に動力を与える、ことを特徴とする請求項１に記載のピストン型水車を用いた発電装置。 A flywheel is attached to the connecting rod (172) constituting the power conversion means (17, 7), and the buoyancy body (11, 1) is stopped at the top dead center or the bottom dead center. The power generator using a piston-type water turbine according to claim 1, wherein the connecting rod is rotated by an inertial force to provide power to the generator.

前記浮力体（１１，１）内部には空洞部が形成されており、
該空洞部には水槽（１２，２）への注水により浮力体が発生する上昇力と、水槽からの排水により浮力体に発生する下降力とが同程度となる量の液体（Ｗ）が予め注水されている、ことを特徴とする請求項１に記載のピストン型水車を用いた発電装置。A cavity is formed inside the buoyancy body (11, 1),
In the hollow portion, an amount of liquid (W) in which the rising force generated by the buoyancy body by water injection into the water tank (12, 2) and the lowering force generated by the drainage from the water tank are approximately the same is stored in advance. The power generator using the piston type water turbine according to claim 1, wherein water is injected.

前記水槽（１２，２）の上部又は下部に形成された、液体（Ｗ）を注水するための注水口（１２１，２１）と、
前記水槽の下部に形成された、液体を排水するための排水口（１２２，２２）と、
該排水口を開閉するための排水口開閉弁（４２，４ａ）と、を備え、
該排水口開閉弁は、液体が水槽に溜まった液体からの水圧が所定値に達すると、排水口を開口して水槽に溜まった液体の排水し、水槽に溜まった液体の多くを排水した後に閉口する、ことを特徴とする請求項１に記載のピストン型水車を用いた発電装置。Water inlets (121, 21) for pouring the liquid (W) formed in the upper or lower part of the water tank (12, 2);
Drainage ports (122, 22) for draining the liquid formed in the lower part of the water tank;
A drain opening / closing valve (42, 4a) for opening and closing the drain opening,
When the water pressure from the liquid accumulated in the water tank reaches a predetermined value, the drain opening / closing valve opens the drain port to drain the liquid accumulated in the water tank, and drains most of the liquid accumulated in the water tank. The power generator using the piston-type water turbine according to claim 1, wherein the power generator is closed.

前記注水口（１２１，２１）を開閉するための注水口開閉弁（４１，４ｂ）をさらに備え、
該注水口開閉弁は前記排水口開閉弁（４２，４ａ）の開閉に連動して、排水口開閉弁が開口すると閉口し、排水口開閉弁が閉口すると開口する、ことを特徴とする請求項４に記載のピストン型水車を用いた発電装置。A water inlet opening / closing valve (41, 4b) for opening and closing the water inlet (121, 21);
The water inlet opening / closing valve is closed when the drain opening / closing valve is opened and opened when the drain opening / closing valve is closed in conjunction with opening / closing of the drain opening / closing valve (42, 4a). A power generator using the piston type water wheel according to 4.

前記水槽（２Ａ，２Ｂ）の上部又は下部に形成された、液体（Ｗ）を注水するための注水口（２１）と、
前記水槽の下部に形成された、液体を排水するための排水口（２２）と、
前記水槽に、前記注水口及び前記排水口を開閉するための板状のスライド開閉弁（４，４ａ，４ｂ）と、を備え、
該スライド開閉弁は、水槽の前記注水口及び前記排水口が設けられている面に摺動して移動することによって、前記排水口を開放し、水槽の前記注水口及び前記排水口が設けられている面に摺動して移動することによって、前記注水口を開放する、ことを特徴とする請求項１に記載のピストン型水車を用いた発電装置。A water inlet (21) for pouring the liquid (W) formed in the upper part or the lower part of the water tank (2A, 2B),
A drain outlet (22) formed in the lower part of the water tank for draining the liquid;
The water tank is provided with a plate-like slide on-off valve (4, 4a, 4b) for opening and closing the water injection port and the drain port,
The slide on-off valve slides and moves on the surface of the water tank where the water inlet and the water outlet are provided, thereby opening the water outlet and providing the water inlet and the water outlet of the water tank. The power generator using the piston type water turbine according to claim 1, wherein the water injection port is opened by sliding and moving on the surface.

前記水槽（１２，２）の上部又は下部に形成された、液体（Ｗ）を注水するための注水口（１２１，２１）と、
前記水槽の下部に形成された、液体を排水するための排水口（１２２，２２）と、
前記注水口を開閉するための注水口開閉弁（４１，４ｂ）と、
前記排水口を開閉するための排水口開閉弁（４２，４ａ）と、
前記水槽の上面高さより高くにその底部が来る程度の高さに設置され、河川等から導き入れた液体（Ｗ）を一時的に貯水する貯水タンク（２０）と、を備え、
該貯水タンクに貯水した液体を、貯水タンクの底部から、前記注水口開閉弁を経て前記水槽に注水する、ことを特徴とする請求項１に記載のピストン型水車を用いた発電装置。Water inlets (121, 21) for pouring the liquid (W) formed in the upper or lower part of the water tank (12, 2);
Drainage ports (122, 22) for draining the liquid formed in the lower part of the water tank;
A water inlet opening / closing valve (41, 4b) for opening and closing the water inlet;
A drain opening / closing valve (42, 4a) for opening and closing the drain;
A water storage tank (20) that is installed at a height higher than the height of the upper surface of the water tank and that temporarily stores liquid (W) introduced from a river or the like;
2. The power generator using a piston type water turbine according to claim 1, wherein the liquid stored in the water storage tank is injected into the water tank from the bottom of the water storage tank through the water inlet opening / closing valve.

複数の水槽（１２，２）が階段状に配置され、
上段の水槽の排水口（１２２，２２）から排水された液体（Ｗ）が、下段の水槽の注水口（１２１，２１）へ導かれる、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のピストン型水車を用いた発電装置。A plurality of water tanks (12, 2) are arranged in steps,
The liquid (W) drained from the drain port (122, 22) of the upper water tank is guided to the water inlet (121, 21) of the lower water tank. A power generator using the piston type turbine according to the item.