JP4665387B2 - 水路発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、水面が連続し水深が変動する開水路▲１８▼の流速を利用した水路発電装置である。
開水路▲１８▼の水深は、開水路▲１８▼内の流下水量により変動する。又、浮遊物▲２０▼が開水路▲１８▼の途中で混入する。
従来技術の水路発電機装置を図１に示す。従来技術は、開水路▲１８▼の水面上にフロート▲２▼とパドル▲１▼により構成する水車を浮かべ、開水路▲１８▼内の水深が変動しても水車を水路内の水流により回転させることにより発電機▲１５▼を回転させる。水車軸▲３▼の回転はスプロケット−１▲６▼、チェーン−１▲５▼、スプロケット−４▲１０▼、を経て発電軸▲１３▼に伝達される。発電軸▲１３▼は架台▲１６▼上に設置された軸受▲１４▼により支持し、継手▲１７▼により発電機▲１５▼に結合される。水車軸▲３▼は吊下棒▲４▼により発電軸▲１３▼より支持される。水車軸▲３▼は発電軸▲１３▼と平行に設置し、吊下棒▲４▼により支持されている。
開水路▲１８▼内の水深が変動すると、フロート▲２▼の浮力により、水車軸▲３▼は発電軸▲１３▼を中心に回転移動する。スプロケット−１▲６▼は水車軸▲３▼と同一回転し、スプロケット−４▲１０▼は発電軸▲１３▼と同一回転する。この事のより、水車軸▲３▼の回転は発電機▲１５▼に伝達される。この場合の機構を図４の図…（ロ）に示す。
図４の図…（ロ）におけるＤ２は発電軸▲１３▼の中心であり、Ｄ１は水車軸▲３▼の中心を示す。Ｅ１はＤ１が発電軸▲１３▼を中心に水車軸▲３▼が回転移動し、水車がＨだけ上昇した時の移動点を示す。
この時図−４の図（ロ）より（１）（２）（３）式の関係が成立する。
Ｔ１：水車軸▲３▼に発生するトルク（ｋｇ−ｍ）
Ｎ ：水車軸▲３▼の回転数（ｒｐｍ）
Ｐ ：発電容量（ｋｗ）
Ｔ２＝Ｗ１×ｔａｎ（θ３）×Ｌ２…………………………（２）
Ｗ１：水車重量（ｋｇ）
Ｔ２：水車重量によりＤ２（発電軸▲１３▼）発生するトルク
浮遊物▲２０▼が無い場合 θ３はＴ１＝Ｔ２となる角度でバランスする。
開水路▲１８▼に混入した浮遊物▲２０▼を水車下流に流下させる為には、水車の位置をＨだけ上昇させる必要がある。その時、水車軸▲３▼がＥ１まで上昇させる為に必要な浮遊物の流下力は（３）式で計算できる
Ｆ１＝Ｗ１×ｔａｎ（θ４）…………………………………（３）
Ｆ１：浮遊物▲２０▼の流下力（ｋｇ）
θ４：図−４の図（ロ）の∠Ｅ１、Ｄ２、Ｆ２
尚Ｆ１−Ｆ２線は垂直線である。
従来技術の水路発電機装置を図１に示す。従来技術は、開水路▲１８▼の水面上にフロート▲２▼とパドル▲１▼により構成する水車を浮かべ、開水路▲１８▼内の水深が変動しても水車を水路内の水流により回転させることにより発電機▲１５▼を回転させる。水車軸▲３▼の回転はスプロケット−１▲６▼、チェーン−１▲５▼、スプロケット−４▲１０▼、を経て発電軸▲１３▼に伝達される。発電軸▲１３▼は架台▲１６▼上に設置された軸受▲１４▼により支持し、継手▲１７▼により発電機▲１５▼に結合される。水車軸▲３▼は吊下棒▲４▼により発電軸▲１３▼より支持される。水車軸▲３▼は発電軸▲１３▼と平行に設置し、吊下棒▲４▼により支持されている。
開水路▲１８▼内の水深が変動すると、フロート▲２▼の浮力により、水車軸▲３▼は発電軸▲１３▼を中心に回転移動する。スプロケット−１▲６▼は水車軸▲３▼と同一回転し、スプロケット−４▲１０▼は発電軸▲１３▼と同一回転する。この事のより、水車軸▲３▼の回転は発電機▲１５▼に伝達される。この場合の機構を図４の図…（ロ）に示す。
図４の図…（ロ）におけるＤ２は発電軸▲１３▼の中心であり、Ｄ１は水車軸▲３▼の中心を示す。Ｅ１はＤ１が発電軸▲１３▼を中心に水車軸▲３▼が回転移動し、水車がＨだけ上昇した時の移動点を示す。
この時図−４の図（ロ）より（１）（２）（３）式の関係が成立する。
Ｔ１：水車軸▲３▼に発生するトルク（ｋｇ−ｍ）
Ｎ ：水車軸▲３▼の回転数（ｒｐｍ）
Ｐ ：発電容量（ｋｗ）
Ｔ２＝Ｗ１×ｔａｎ（θ３）×Ｌ２…………………………（２）
Ｗ１：水車重量（ｋｇ）
Ｔ２：水車重量によりＤ２（発電軸▲１３▼）発生するトルク
浮遊物▲２０▼が無い場合 θ３はＴ１＝Ｔ２となる角度でバランスする。
開水路▲１８▼に混入した浮遊物▲２０▼を水車下流に流下させる為には、水車の位置をＨだけ上昇させる必要がある。その時、水車軸▲３▼がＥ１まで上昇させる為に必要な浮遊物の流下力は（３）式で計算できる
Ｆ１＝Ｗ１×ｔａｎ（θ４）…………………………………（３）
Ｆ１：浮遊物▲２０▼の流下力（ｋｇ）
θ４：図−４の図（ロ）の∠Ｅ１、Ｄ２、Ｆ２
尚Ｆ１−Ｆ２線は垂直線である。
開水路▲１８▼内に浮遊物▲２０▼が混入すると、浮遊物▲２０▼の流下力により水車が図４の図（ロ）のＨまで上昇しないと水車の回転は浮遊物▲２０▼により停止する。その為、水車部における水の流下抵抗が増大し、開水路▲１８▼上流側の水位が上昇し浸水被害が発生する。
開水路▲１８▼に混入した浮遊物▲２０▼は、除去装置設置にて除去し、搬出する必要がある。従って、浮遊物▲２０▼の混入が推測できる雨天時は水路発電装置の無人運転が困難となる。そこで、開水路▲１８▼内の流下水に浮遊物▲２０▼が含まれていても、開水路▲１８▼内の水深が変動しても、運転に支障が生じない水路発電装置が求められる。
開水路▲１８▼に混入した浮遊物▲２０▼は、除去装置設置にて除去し、搬出する必要がある。従って、浮遊物▲２０▼の混入が推測できる雨天時は水路発電装置の無人運転が困難となる。そこで、開水路▲１８▼内の流下水に浮遊物▲２０▼が含まれていても、開水路▲１８▼内の水深が変動しても、運転に支障が生じない水路発電装置が求められる。
本発明はフロート▲２▼とパドル▲１▼により構成される水車の重量を吊上棒▲１２▼に錘▲１１▼を設置し、水車重量を天秤とした吊上棒▲１２▼の錘▲１１▼重量で軽減し、浮遊物▲２０▼の流下力で水車を上昇させることを可能とし、開水路▲１８▼内の水に浮遊物▲２０▼が混入しても、又、開水路▲１８▼の水位が変動しても、水車の回転が停止せず発電することを可能とした。
次に本発明の実施形態について説明する。
図２はフロート▲２▼を円筒状にした場合の本発明実施例を示す。
円形状のフロート▲２▼の外側にパドル▲１▼が設置された水車は、開水路▲１８▼内を流れる水の流速により水車軸▲３▼を中心に回転する。水車軸▲３▼は発電軸▲１３▼と平行に設置し吊下棒▲４▼により移動軸▲９▼より支持される。移動軸▲３▼は発電軸▲１３▼と平行に設置し吊上棒▲１２▼により発電軸▲９▼より支持される。従って、水車は開水路▲１８▼の水位変動に追随できる。
水車軸▲３▼の回転はスプロケット−１▲６▼、チェーン−１▲５▼、スプロケット−２▲７▼、スプロケット−３▲８▼、チェーン−２▲１９▼、スプロケット−４▲１０▼、を経て発電軸▲１３▼に伝達される。スプロケット−１▲６▼は水車軸▲３▼と共に回転する。スプロケット−２▲７▼、とスプロケット−３▲８▼、は移動軸▲９▼を中心に同一回転する。スプロケット−４▲１０▼は発電軸▲１３▼と共に回転する。水車軸▲３▼と移動軸▲９▼は吊下棒▲４▼と吊上棒▲１２▼により発電軸▲１３▼を中心に回転移動できる。発電軸▲１３▼は架台▲１６▼に設置した軸受▲１４▼により支持されされる。発電機▲１５▼は発電軸▲１３▼と継手▲１７▼で接続されている。吊上棒▲１２▼の一方には移動軸▲９▼の荷重により発電軸▲１３▼を中心としたトルクが発生する。この時、吊上棒▲１２▼を天秤とし、他の一方に錘▲１１▼を設置し反対方向のトルクを発生させ水車重量を低減させる。
この時の機構を図４の図…（イ）に示す。
図４の図…（イ）におけるＢ１は水車軸▲３▼の中心であり、Ｂ２は移動軸▲９▼の中心を示す。
Ｃ１，Ｃ２は浮遊物▲２０▼を流下させる為、水車をＨだけ上昇させた時、発電軸▲１３▼を中心に水車軸▲３▼、移動軸▲９▼が回転移動したＢ１、Ｂ２の移動点を示す。
この時図−４の図（イ）より（４）（５）式の関係が成立する。
Ｔ３＝Ｗ２×ｔａｎ（θ１）×Ｌ１………………………（４）
Ｗ２ ：錘▲１１▼により低減された水車重量（ｋｇ）
Ｔ３ ：水車重量によりＢ２（移動軸▲９▼）に発生するトルク
浮遊物▲２０▼が無い場合 θ１は Ｔ１＝Ｔ３ となる角度でバランスする。この時、水車が移動しθ１が変動しても発電が可能となる Ｔ１≦Ｔ３ となるよう錘▲１１▼の重量は決定される。
開水路▲１８▼に混入した浮遊物▲２０▼を水車下流に流下させる為、水車の位置をＨだけ上昇させる必要がある。その時、水車軸▲３▼の中心Ｂ１がＥ１まで上昇させる為に必要な浮遊物▲２０▼の流下力は（５）式で計算できる
Ｆ２＝Ｗ２×ｔａｎ（θ２）………………………………（５）
Ｆ２： 浮遊物▲２０▼の流下力（ｋｇ）
θ２： 図−４の図（イ）の∠Ｃ１、Ｃ２、Ｇ３
従って、浮遊物▲２０▼流下力Ｆ２で水車をＨだけ上昇できる。このＦ２を小さくすることが、浮遊物▲２０▼を水車下流に流出し、開水路▲１８▼を流下する水の流れを水車により阻害せない為に重要となる。
尚、フロート▲２▼を水車軸▲３▼の両サイドに設置しても良い。その場合の実施例を図５に示す。
又、水車軸▲３▼の回転を発電軸▲１３▼へ伝達する手段としては、チェーン−１を省き、スプロケット−１とスプロケット−２を歯車とし歯車のかみ合わせで水車軸▲３▼の回転を移動軸▲９▼へ伝達することもできる。又、チェーン−１の替わりにＶベルトを使用することもできる。
図２はフロート▲２▼を円筒状にした場合の本発明実施例を示す。
円形状のフロート▲２▼の外側にパドル▲１▼が設置された水車は、開水路▲１８▼内を流れる水の流速により水車軸▲３▼を中心に回転する。水車軸▲３▼は発電軸▲１３▼と平行に設置し吊下棒▲４▼により移動軸▲９▼より支持される。移動軸▲３▼は発電軸▲１３▼と平行に設置し吊上棒▲１２▼により発電軸▲９▼より支持される。従って、水車は開水路▲１８▼の水位変動に追随できる。
水車軸▲３▼の回転はスプロケット−１▲６▼、チェーン−１▲５▼、スプロケット−２▲７▼、スプロケット−３▲８▼、チェーン−２▲１９▼、スプロケット−４▲１０▼、を経て発電軸▲１３▼に伝達される。スプロケット−１▲６▼は水車軸▲３▼と共に回転する。スプロケット−２▲７▼、とスプロケット−３▲８▼、は移動軸▲９▼を中心に同一回転する。スプロケット−４▲１０▼は発電軸▲１３▼と共に回転する。水車軸▲３▼と移動軸▲９▼は吊下棒▲４▼と吊上棒▲１２▼により発電軸▲１３▼を中心に回転移動できる。発電軸▲１３▼は架台▲１６▼に設置した軸受▲１４▼により支持されされる。発電機▲１５▼は発電軸▲１３▼と継手▲１７▼で接続されている。吊上棒▲１２▼の一方には移動軸▲９▼の荷重により発電軸▲１３▼を中心としたトルクが発生する。この時、吊上棒▲１２▼を天秤とし、他の一方に錘▲１１▼を設置し反対方向のトルクを発生させ水車重量を低減させる。
この時の機構を図４の図…（イ）に示す。
図４の図…（イ）におけるＢ１は水車軸▲３▼の中心であり、Ｂ２は移動軸▲９▼の中心を示す。
Ｃ１，Ｃ２は浮遊物▲２０▼を流下させる為、水車をＨだけ上昇させた時、発電軸▲１３▼を中心に水車軸▲３▼、移動軸▲９▼が回転移動したＢ１、Ｂ２の移動点を示す。
この時図−４の図（イ）より（４）（５）式の関係が成立する。
Ｔ３＝Ｗ２×ｔａｎ（θ１）×Ｌ１………………………（４）
Ｗ２ ：錘▲１１▼により低減された水車重量（ｋｇ）
Ｔ３ ：水車重量によりＢ２（移動軸▲９▼）に発生するトルク
浮遊物▲２０▼が無い場合 θ１は Ｔ１＝Ｔ３ となる角度でバランスする。この時、水車が移動しθ１が変動しても発電が可能となる Ｔ１≦Ｔ３ となるよう錘▲１１▼の重量は決定される。
開水路▲１８▼に混入した浮遊物▲２０▼を水車下流に流下させる為、水車の位置をＨだけ上昇させる必要がある。その時、水車軸▲３▼の中心Ｂ１がＥ１まで上昇させる為に必要な浮遊物▲２０▼の流下力は（５）式で計算できる
Ｆ２＝Ｗ２×ｔａｎ（θ２）………………………………（５）
Ｆ２： 浮遊物▲２０▼の流下力（ｋｇ）
θ２： 図−４の図（イ）の∠Ｃ１、Ｃ２、Ｇ３
従って、浮遊物▲２０▼流下力Ｆ２で水車をＨだけ上昇できる。このＦ２を小さくすることが、浮遊物▲２０▼を水車下流に流出し、開水路▲１８▼を流下する水の流れを水車により阻害せない為に重要となる。
尚、フロート▲２▼を水車軸▲３▼の両サイドに設置しても良い。その場合の実施例を図５に示す。
又、水車軸▲３▼の回転を発電軸▲１３▼へ伝達する手段としては、チェーン−１を省き、スプロケット−１とスプロケット−２を歯車とし歯車のかみ合わせで水車軸▲３▼の回転を移動軸▲９▼へ伝達することもできる。又、チェーン−１の替わりにＶベルトを使用することもできる。
吊上棒▲１２▼の一端に錘▲１１▼を設置することにより水車の吊上荷重がＷ１→Ｗ２へと低減する。又、移動軸▲９▼を介して水車を上昇させるので、水車の吊下角度がθ４→θ２と小さくなる。従って、水車を上昇させる為に必要な浮遊物▲２０▼の流下力はＦ１→Ｆ２と小さくなる。その為、開水路▲１８▼に浮遊物▲２０▼が流入しても、容易に水車は上昇するので、水車が浮遊物▲２０▼により停止することが無くなり、水車の上流側の水位が上昇することはない。
▲１▼はパドル、▲２▼はフロート、▲３▼は水車軸、▲４▼は吊下棒、▲５▼はチェーン−１、▲６▼はスプロケット−１、▲７▼はスプロケット−２、▲８▼はスプロケット−３。▲９▼は移動軸、▲１０▼はスプロケット−４、▲１１▼は錘、▲１２▼は吊上棒、▲１３▼は発電軸、▲１４▼は軸受、▲１５▼は発電機、▲１６▼は架台、▲１７▼は継手、▲１８▼は開水路、▲１９▼はチェーン−２▲２０▼は浮遊物
Claims (1)
- 発電軸▲１３▼と平行に設置された水車軸▲３▼と移動軸▲９▼を有し、水車をフロート▲２▼で水面に浮上させ、パドル▲１▼で水車を回転させ発電機を回転する水路発電装置に於いて、水車軸▲３▼を吊下棒▲４▼で移動軸▲９▼より支持し、移動軸▲９▼を吊上棒▲１２▼で発電軸▲１３▼より支持し、吊上棒▲１２▼を発電軸▲１３▼を中心に回転する天秤とし、吊上棒▲１２▼に移動軸▲９▼とは反対側に錘▲１１▼を設置し、水車重量の一部を錘▲１１▼重量により吊上げる事が出来る水路発電装置
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP3874075B2 (ja) * | 2001-06-04 | 2007-01-31 | 博司 内藤 | 動力発生装置 |
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- 2003-09-03 JP JP2003351328A patent/JP4665387B2/ja not_active Expired - Fee Related
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