JP2013217361A - 可変翼水車発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水流発電の水車において、羽根が可動して戻りの半円時に羽根が可動し水流に対し水平になり抵抗を減らすが、水車内部に水流が通り抜けるため可変羽根に内側からの水流圧があたり稼働効率を下げ、さらに浮遊物ゴミなどにより絡む虞がある問題点に対して、容易に設置でき、コンパクトの中に高性能でメンテナンスが容易で安価に提供できるようにする。
【解決手段】水車内部に水流が通り抜ける事を根本的に改め可変羽根の回転軸の支点及び可動固定位置を端部より中ほどに位置づける可動翼５にすることにより可動円を小さくし、水流に逆らう負圧抵抗時の水流を利用し可動翼を閉じながらセルフクリーニングさせ水車外周をカバーし負圧抵抗を減らし回転効率を上げメンテナンスを最小限にさせることができ、さらに中心にリング状にホールを開けタワーに差込み上下可動させることによりメンテナンスを楽にする。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、再生可能自然エネルギー水流発電に関する。

現在、原発事故に伴い電力不足は深刻で火力発電に頼らざるえない状況の中ＣＯ２削減目標どころでは無い古い技術の化石燃料を使用しなくてはならない状態である。

近年ようやく自然からの再生可能エネルギーである太陽光発電や風力発電などが一般的にも知られて広まりつつあるが天気に大きく左右され発電量はわすかで安定供給は望めなく、あくまでも補助的な物である。

また水に恵まれた我が国ではダム発電もあるが近年多々理由により盛んではないのは周知であり、川の流れを利用する小水力発電も開発が進み実用化もみられ四六時中可動しエネルギー変換効率は良いのだが小規模ゆえにやはり補助的な物である。

そこで注目されつつあるのが海洋エネルギーでありエネルギー密度は空気の約８００倍といわれ強力かつ無限に莫大なエネルギーがありそのエネルギーを得る方法に大きく分けて３つに分類され、波のエネルギーを利用する（波力発電）海水の温度差を利用する（海洋温度差発電）潮の流れを利用する（海流・潮流発電）などがあり、この海流・潮流による発電方法が最も効率よくエネルギーに変換出来る方法と思われ、変換方式例ではプロペラタービン形が一般的で家庭にある扇風機の羽根を反作用させたようなものを水中に沈めるような形で、風力発電機をそのまま沈めたような方法にてエネルギーを得ようとするのが主に考えられている。

プロペラタービン形は構造も単純でコストも割安で変換効率は４４％ほどとされる利点だが流速が遅く大型化しないとならない欠点があり、その他のエネルギー変換方式例にはサポニウス形水車方式は起動トルクが大きく構造が簡単だが変換効率２０〜３０％と低く大型化に適さない。
ダリウス形水車方式は構造が簡単で流速より早く回り変換効率は３０〜４５パーセントであるが自起動性が乏しい欠点がある。
クロスフロー形水車方式の変換効率は６０パーセントと最も高く欠点も特別なく潮流にも応用が考えられるとされている。

プロペラタービン形は一般的ではあるが大型化しないとならない欠点があり、それにより設置費用もかさみ、プロペラの大型化により一辺が長くなるので莫大なエネルギーの中、強度にも問題がありメンテナンスも大変と考えられるので、クロスフロー形水車方式が基本的に適していると考えられる。

特許文献においてもクロスフロー形水車方式を基に更に変換効率を上げさせさせようとする手段として特許文献１〜特許文献２を参考に説明する。

特許文献１の「水車モジュール及び発電用水中水車装置」は水流を受けて向きが変わる羽根を有する可動羽根水車を備えた（図５）に開示の水中モジュール４の構成からなり、一枚の羽根の端にフリー回転をさせる枢軸をそなえ円形水車の約半円部の羽根に水圧を受け中心軸にあるストッパーに固定されることで回転運動に変換し、水流に逆らう反転時には内部に流れ込む水流にてストッパーから離れ水流と水平になり逆水流時の抵抗を減らす、くふうを（図６）にても開示してあり連動する発電機を回し発電させることを意図とする。

また特許文献２の「水中の流れから発電するための装置及び方法」においても水流から動力変換するための水車が２つ並んで効率及び性能を上げようとしており、各水車に回動規制構造と回動可能な第１のルーバーと、回動規制構造と回動可能な第２のルーバーと、を有していると（図１３）及び（図１８）にて開示されており上記特許文献１と同じく水車内部に水流を通しルーバーを回動させ水流と水平になり逆水流時の抵抗を減し連動する発電機を回し発電させることを意図としている。

実用新案登録第３１３９６０９号 特許公表２０１１−５２９１５１

前記特許文献１の「水車モジュール及び発電用水中水車装置」は（図６）にあるように水車の羽根を水流に対し水平に成り逆転時抵抗を減らす工夫がなされたものではあるが、回転軸が可変羽根末端にあるため可動円が（約１８０°）と大きいので動きが遅くなり、また水車内部に水流を通り抜けさせ可変羽根を水流に対し水平にして逆転時抵抗を減らすねらいだが再び水圧力を受ける位置に来てストッパーに止まるまでに水車内部に流れている水流が負圧抵抗になり回転ロスをうみ稼働効率を下げてしまい、さらに水車内部に水流が通り抜けるため浮遊物ゴミなどが絡みひっかかるおそれがあり可動の妨げになりメンテナンスも大変である。

特許文献２の「水中の流れから発電するための装置及び方法」においても回動可能なルーバーの回動軸位置がルーバーの内側に入り可動円を減らしつつあるが（図１３）〜（図１８）で示すように、やはり水車内部に水流を通り抜けさせ回動可能なルーバーを水流に対し水平にして逆転時抵抗を減らしながら再び水圧力を受ける位置に来るまでに水車内部に流れる水流が負圧抵抗になり回転ロスをうみ稼働効率を下げてしまい、やはり水車内部に水流が通り抜けるため浮遊物ゴミなどが絡みひっかかるおそれがあり可動の妨げになりメンテナンスも大変で、さらに二つ水車を並べるものであり河川など一方向の流れではよいが海流、潮流では日に四度流れを変えると言われる海にては不向きである。

上記問題点を解消し、容易に設置でき、コンパクトの中に高性能でメンテナンスが容易で安価に提供できる本発明の可変翼水車発電装置にて解決し広く普及させ今後のエネルギー問題に貢献することを課題とする。

課題を解決する手段

課題を解決にあたり水車内部に水流が通り抜ける事を根本的に改め可変羽根の回転軸の位置及び可動固定位置を端部より中ほどに位置づける事により可動円を小さくし水流に逆らい反転負圧抵抗時の水流を利用し可動翼を閉じながらセルフクリーニングができ水車外周を閉じることで負圧抵抗を減らし回転効率を上げさせることで課題を解決させる。

本発明の可変翼水車発電装置の球体水車動力部上面及び側面図 本発明の可変翼水車発電装置の発電器一体化水車動力部上面図 本発明の可変翼水車発電装置の発電器一体化側面球体部断面図 本発明の可変翼水車発電装置の実施形態を示す側面図

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細説明する。
図１は本発明の本発明の可変翼水車発電装置の水車動力部上面及び側面図であり、中心軸（２）の縁周りにある穴に可動翼（３）の両端を差し込み可動するように順次取付ける。すなわち水圧を受け可動翼（３）が可動し円の約半分に潮流などの水の流れの圧力を受けることで可動翼が開き回転を促し、戻りの半転時では可動翼（３）は流れに逆らうように進むので、ちょうど魚のうろこが前方から水流を受けるように自然に閉じ内部に水流を通す事無く水車外周にて抵抗を逃す事ができ可動翼（３）にあたる水流が稼働時の反対方向に流れるのでゴミや浮遊物をセルフクリーニングされ可動軸位置を三分の一の辺りにもうけることで可動が小さく（約４５°）済むので早くスムーズな回転運動ができる。

更に球体形にすることは水中では最も抵抗を受けにくく、ゴミや浮遊物を避けやすくなりメンテナンスを容易に最小限にする事ができ回転運動を続ける事が出来る球体水車動力部（１）である。

続いて図２の本発明の可変翼水車発電装置の発電器一体化水車動力部上面図を基に説明に進める。上記にて円周状に連なった球体水車動力部（１）を薄形に形成し中心部の密閉された中心フロート（４）に薄形に形成された薄形可動翼（５）を上記図１の説明同様に円周上に連なるように組み立て図３に示すように、その薄形水車動力部（６）を中心に下方にある半円形の発電機室（７）内部には発電器（８）を備えそれを可動させるギャーシャフト（９）を連動するように設置密閉しその上部に薄形水車動力部（６）を載せ、発電器（８）ギヤーシャフト（９）薄形水車動力部（６）を連動させるように組付ける。

更に半円形の発電機室（７）と同様に半円形の上部となるフロート室（１０）を載せギャ−シャフト（９）上部と連結固定し球体となり、このフロート室（１０）は浮きの役目を持ち一連となした発電器一体化球体（１１）は丁度魚つりの球浮きのように水面に浮かした状態に保てる。

また浮かした状態のフロート室（１０）に注水など調節することで沈めることも出来るので図４本発明の可変翼水車発電装置の実施形態を示す側面図のように、海に設置した場合、海面、海中、または船舶、いかだなどから下げ海上にてもなす事ができ水流にもまれたり、上下左右どんな姿勢化にても同一方向に回転運動を続ける事が出来る１つのモジュールとし用途に合わせ連結し増大もはかれる。

さらに前記説明の薄形水車動力部（６）の中心にホールを開けリング状、ドーナツ形状にし、図４本発明の可変翼水車発電装置の実施形態を示す側面図にある海底から延びるタワーにちょうど輪投げのように差し込み何層にも連ねることもできる。またタワー上部に引き上げることでメンテナンスを容易にできる。

発明の効果

本発明の可変翼水車発電装置を実施した場合、海流、潮流、河川など水の流れのある水上、水面、水中、問わず発電ができ、３６０°どの方向からの水圧力を動力に変えられ、波の寄せては返す動きにても回転方向は変わること無く発電し連結連動することにより発電量の増大がはかれ高性能かつ安価に提供でき耐久性を高めることで維持費を軽減でき燃料をいっさい必要としない次世代再生可能エネルギー発電の中心となりクリーンな環境作りにも貢献できる。

１ 球体水車動力部
２ 中心軸
３ 可動翼
４ 中心フロート
５ 薄形可動翼
６ 薄形水車動力部
７ 発電機室
８ 発電器
９ ギヤーシャフト
１０ フロート室
１１ 発電器一体化球体

Claims (1)

1. 円周状に取り巻く可動翼の回転軸の支点及び可動固定位置を端部より中ほどに位置づけ可動円を小さくする事により抵抗を減らし強度を増し水流に逆らい反転負圧抵抗時の水流を利用し水車外周をカバーする可動翼を閉じながらセルフクリーニングができ、水車内部に水流が通り抜ける事を阻止し反転負圧抵抗を減らす事により、水上、水面、水中、波にても３６０°どの方向からの圧力を一定方向の回転動力に変え連結連動にて規模の設定ができ中心にリング状にホールを開けタワーに差込み重ね多重に設置でき上下可動させることによりメンテナンスを楽にすることができ無燃料半永久発電できる可変翼水車発電装置

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