特許 6864419 水力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6864419

(24)【登録日】2021年4月6日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】水力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/18 20060101AFI20210419BHJP

【ＦＩ】

   F03B3/18 Z

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2020-205388(P2020-205388)

(22)【出願日】2020年11月24日

(62)【分割の表示】特願2020-110917(P2020-110917)の分割

【原出願日】2020年6月1日

【審査請求日】2020年11月24日

【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000170808

【氏名又は名称】黒田 重治

(72)【発明者】

【氏名】黒田 重治

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１３５７６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１１３８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４５６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３２６０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１整流部を有する第１取集管と、
前記第１取集管と接合される円筒状の筒である第１管と、
前記第１管と接合され、第２整流部を有する第２取集管と、
前記第２収集管と接合される円筒状の筒である第２管と、
前記第２管の端部に配置される発電機と、を含み
前記第２管の径は、前記第１管の径より小さく、
前記第１取集管と、前記第１管と、前記第２取集管と、前記第２管と、前記発電機とが直線状に配置された水力発電装置。

【請求項2】

第１整流部を有する第１取集管と、
前記第１取集管と接合される円筒状の筒である第１管と、
前記第１管と接合され、第２整流部を有する第２取集管と、
前記第２収集管と接合される円筒状の筒である第２管と、
前記第２管の端部に配置される発電機と、を含み
前記第２管の径は、前記第１管の径より小さく、
前記第２整流部は、前記第１取集管と前記第２取集管との接続部分に位置する水力発電装置。

【請求項3】

第１整流部を有する第１取集管と、
前記第１取集管と接合される円筒状の筒である第１管と、
前記第１管と接合され、第２整流部を有する第２取集管と、
前記第２収集管と接合される円筒状の筒である第２管と、
前記第２管の端部に配置される発電機と、を含み
前記第２管の径は、前記第１管の径より小さく、
前記第１整流部は、水の入り口側に絞り部があり、開口断面が小さくなり、その後、開口断面が一定の層流部となる水力発電装置。

【請求項4】

第１整流部を有する第１取集管と、
前記第１取集管と接合される円筒状の筒である第１管と、
前記第１管と接合され、第２整流部を有する第２取集管と、
前記第２収集管と接合される円筒状の筒である第２管と、
前記第２管の端部に配置される発電機と、を含み
前記第２管の径は、前記第１管の径より小さく、
前記第１整流部を交換するための交換部が、前記第１取集管と前記第１管との積層部分にある水力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水力発電装置に関する。川などで使用する水力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の海岸、河川の水中での発電システムでは、特許文献１のように、発電装置を海底に固定するものがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−２９１７８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の水力発電装置では、水の流れが悪く効率が悪かった。本発明は、上記従来の課題を解決するもので、効率のよい水力発電装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記従来の課題を解決するために、第１発明として、第１整流部を有する第１取集管と、上記第１取集管と接合される円筒状の筒である第１管と、上記第１管と接合され、第２整流部を有する第２取集管と、上記第２収集管と接合される円筒状の筒である第２管と、上記第２管の端部に配置される発電機と、を含み上記第２管の径は、上記第１管の径より小さい水力発電装置を用いる。
また、第２発明として、上記第１収集管と上記第２取集管とは、断面円筒形状の第１直線部と、断面が変化する傾斜部と、断面円筒形状の第２直線部と、を有し、入口の面積より出口の面積が狭い上記第１発明の水力発電装置を用いる。
また、第３発明として、上記第１収集管の上記第２直線部に、上記第１整流部が配置され、上記第２収集管の上記第２直線部に、上記第２整流部が配置されている第２発明の水力発電装置を用いる。
また、第４発明として、上記第１管の外周は、上記第２取集管の上記第１直線部の内周と接合される第２発明または第３発明の水力発電装置を用いる。
また、第５発明として、上記発電機は、羽根を有し、上記第２管の端部に上記羽根が配置され、上記羽根以外の上記発電機は、上記第２管の外に配置された第１〜第４発明のいずれか１つの水力発電装置を用いる。
また、第６発明として、上記第１管と上記第２管との中心線は、水面に平行である第１〜第５発明のいずれか１つに記載の水力発電装置を用いる。
また、第７発明として、上記第１管と上記第２管との中心線は、河底に平行である第１〜第５発明のいずれか１つに記載の水力発電装置を用いる。
また、第８発明として、上記第１整流部と上記第２整流部とは、貫通する開口を有し、上記開口は、断面積が小さくなる絞り部と、上記絞り部に続き、断面積が一定の層流部とを含む第１〜第７発明のいずれか１つに記載の水力発電装置を用いる。
また、第９発明として、第１整流部を有する第１取集管と、上記第１取集管と接合される円筒状の筒である第１管と、上記第１管と接合され、第２整流部を有する第２取集管と、上記第２収集管と接合される円筒状の筒である第２管と、上記第２管と接合され、第３整流部を有する第３取集管と、上記第３収集管と接合される円筒状の筒である第３管と、上記第３管の端部に配置される発電機と、を含み、上記第３管の径は、上記第２管の径より小さく、上記第２管の径は、上記第１管の径より小さい水力発電装置を用いる。
第１０発明として、上記第１管の長さは、上記第２管の長さより短い第１〜第９発明のいずれか１つに記載の水力発電装置を用いる。
第１１発明として、上記第２管の径に対する上記第１管の径の比率があり、上記第２管の長さは、上記第１管の長さと上記比率との積より長い第１〜第１０発明のいずれか１つに記載の水力発電装置を用いる。
第１２発明として、上記第１整流部２５を交換するための交換部が、上記第１取集管と上記第１管にある第項１〜第１１発明のいずれか１項に記載の水力発電装置を用いる。
第１３発明として、上記水力発電装置を、浮き体の下部に配置した第１〜第１２発明のいずれか１つに記載の水力発電装置を用いる。

【発明の効果】

【0006】

本発明の水力発電装置では、水の流れを乱さず利用するので、効率的に発電ができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態の水力発電装置の側面図

【図2】実施の形態の水力発電装置の断面図

【図3】（ａ）実施の形態の第１収集管の平面図、（ｂ）実施の形態の第１収集管の側面図、（ｃ）実施の形態の別の第１収集管の平面図、（ｄ）実施の形態の第１整流部の断面図、（ｅ）実施の形態の第１整流部の別の断面図

【図4】（ａ）実施の形態の第１管の側面図、（ｂ）実施の形態の第１管の平面図

【図5】（ａ）実施の形態の固定部の正面図、（ｂ）実施の形態の固定部の側面図

【図6】実施の形態の水力発電装置の側面図

【図7】実施の形態の水力発電装置の側面図

【図8】実施の形態の水力発電装置の側面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態）
図１と図２で実施の形態の水力発電装置１００を説明する。図１は、水力発電装置１００の側面図である。図２は、水力発電装置１００の断面図である。

【0009】

水力発電装置１００は、複数の管と発電機４１とからなる。複数の管は、第１収集管２１と第１管３１と第２収集管２２と第２管３２である。第１管３１、第２管３２、発電機４１は、固定具５１で河底１１に固定されている。

【0010】

第１収集管２１と第１管３１と第２収集管２２と第２管３２である。第１管３１、第２管３２、発電機４１は、固定具５１で河底１１に固定されている。
なお、第１収集管２１には、水中のゴミや草などが入るのを防ぐ保護具２７が配置されている。網やネットなどである。

【0011】

第１収集管２１を図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。図３（ａ）は、第１収集管２１の平面図、図３（ｂ）は、側面図である。第１収集管２１は、川の流れ１５の上流側に広く開口し、川の流れの下流側に狭く開口した筒である。入口側に第１直線部２１ｂ、出口側に第２直線部２１ｃと、があり、両者と繋ぐ傾斜部２１ａがある。

【0012】

第１直線部２１ｂ、第２直線部２１ｃは、円筒であり、空洞の断面積は、第１直線部２１ｂが第２直線部２１ｃより大きい。
傾斜部２１ａは、中の空洞の断面積が、入口側から出口側へ徐々に小さくなる。
第２直線部２１ｃには、第１整流部２５が配置されている。
第１整流部２５は、円柱板に、円柱の貫通穴が複数設けられている。第１整流部２５（第２整流部２６）は、ゴミやコケなどで流れが悪くなるので、交換できるように、第１取集管２１、第１管３１、第２取集管２２、第２管３２には、それぞれ交換部１２があり、
交換できる。交換部１２は蓋であり、蓋を開け閉めして第１整流部２５を交換する。または、交換部１２は、開口であり、第１整流部２５をはめ込みセットし、開口が閉じ、第１整流部２５を開口から外し交換してもよい。第２収集菅２２も、第１収集管２１と同様の構造である。

【0013】

図３（ｃ）は、第１収集菅２１の別例である。第１整流部２５が異なる。図３（ｄ）に、その第１整流部２５の断面積を示す。貫通する開口６０がある。開口６０は、中央より周辺で密度が多い。開口６０の開口率が周辺ほど大きい。

【0014】

また、図３（ｅ）に別の第１整流部２５の断面図を示す。開口６０の上部、水の入り口側に絞り部６１があり、開口断面が小さくなる。その後、開口断面が一定の層流部６２がある。絞り部６１で水を集め、層流部６２で、水を層流にする。より層流になる。

【0015】

第１管３１は、円筒で、空洞の断面積は一定である。図４（ａ）に第１管３１の側面図、図４（ｂ）に平面図を示す。固定部５１に固定されるための留め部の対応部５４がある。

【0016】

第２収集管２２は、第１収集管２１と同様の形状で、内側の空洞の径が小さい。
第２管３２は、第１管３１と同様の形状で、空洞の径が小さい。

【0017】

発電機４１は、羽根４２を有し、羽根４２は、第２管３２内にすべて含まれる。ただし、羽根４２以外の本体部分は、第２管３２にない。発電機４１は、水面より上へケーブル６５で接続されている。電力を水面より上へ送ることができる。ケーブル６５を介して、発電機４１の制御、診断、メンテナンスができる。

【0018】

固定具５１は、第１管３１、第２管３２、発電機４１のそれぞれを河底１１に固定している。図５（ａ）に固定部５１の正面図、図５（ｂ）に側面図を示す。開口部５３があり、留め部５２がその開口内で移動できる。留め部５３は、固定部５１と第１管３１、第２管３２、発電機４１との間を固定する。開口部５３により固定位置を調整できる。

【0019】

第１管３１と第２管３２の中心線６０が、水面１０に平行となるように、固定部５１で調整される。山の上部では、水面が傾斜している。その場合は、その水面に平行にする。
河底１１は、河川の底である。

【0020】

＜プロセス＞
図２で水の流れを説明する。第１収集管２１で水を集める。傾斜部２１ａにより、水の流れの方向が変わり渦流２４となる。中心付近の水は、方向を変えず層流２３として取集される。第１整流部２５により、水は層流２３となる。層流２３は、第１管３１を進む。

【0021】

第２収集管２２に層流２３が達する。第１取集管２１と同様に、渦流２４が発生するが、第２整流部２６により、水は層流２３となる。層流２３は、第２管３２を進む。
層流２３は、第２管３２の端部の内側の羽根４２を回転させる。その後、開放系へ水は開放される。

【0022】

（１）大きな径の第１管３１、開口を広げた第１収集管２１で多くの水を集め、層流２３で羽根４２を回転させるので、効率的に発電できる。（２）羽根４２の後方がすぐに開放されているので、水の流れがより進み、発電効率がよい。

【0023】

図６に水力発電装置１００の変形例の側面図を示す。第１管３１の長さＡは、第２管３２の長さＢより短い。第２管３２の径ｂは、第１管３１の径ａより小さいので、水が層流になるために時間を要するそのため、第２管３２の長さＢは、第１管３１の長さＡより長くする。
なお、第２管３２の径ｂに対する第１管３１の径ａの比率（ａ／ｂ）があり、第２管３２の長さＢは、第１管３１の長さＡと比率（ａ／ｂ）との積より長いのが好ましい。層流が確保できる。
なお、径は直径である。

【0024】

図７に水力発電装置１００の変形例の側面図を示す。中心線６０が、河底１１に平行である。水の流れは、河底１１に沿って流れる場合があり、その場所では、河底１１に平行になるように中心線６０をセットする。
＜全体として＞
上記では、第１管３１、第２管３２のみであったが、第３管、第４管など複数の管を繋いでもよい。管と収集管で１組であり、それを複数組連結できる。
収集菅、管、固定部の材質は金属を使用できるが表面に錆止めのコート膜を形成する必要がある。また、いくつかの部材をセラミックで作製してもよい。
上記例は、それぞれ組み合わせ出来る。

【0025】

図８に、水力発電装置１００を浮き体７０に配置した側面図を示す。浮き体７０はいかだ、船などで移動できる。川岸に浮き体７０を固定し発電できる。浮き体７０の上部に蓄電池７１を置き、ケーブル６５により電気を蓄えてもよい。無線給電で、陸地へ電力を飛ばしてもよい。
浮き体７０により、中心線６０を水面と平行に保て、効率的に発電できる。また、川の流れが速いところへ、移動できる。川の流れと水力発電装置１００の方向とを合わせることができる。

【産業上の利用可能性】

【0026】

本願の水力発電装置は、河川で用いられる。海洋でも同様に用いることができる。

【符号の説明】

【0027】

１０ 水面、１１ 河底、交換部１２、１５ 川の流れ、２１ 第１収集管、２１ａ 傾斜部、２１ｂ 第１直線部、２１ｃ第２直線部、２２ 第２取集管、２３ 層流、２４ 渦流、、２５ 第１整流部、２６ 第２整流部、２７ 保護具、３１ 第１管、３２ 第２管、４１ 発電機、４２ 羽根、５１ 固定部、５２ 留め部、５３ 開口部５４ 留め部の対応部、６０ 開口、６１ 絞り部、６２ 層流部、７０ 浮き体、７１ 蓄電池、１００ 水力発電装置

【要約】

【課題】効率のよい水力発電装置を提供することを課題とすること。
【解決手段】第１取集管と、上記第１取集管と接合される円筒状の筒である第１管と、上記第１管と接合される第２取集管と、上記第２収集管と接合される円筒状の筒である第２管と、上記第２管の端部に配置される発電機と、を含む水力発電装置を用いる。さらに、上記第１収集管と上記第２取集管とは、断面円筒形状の第１直線部と、断面が変化する傾斜部と、断面円筒形状の第２直線部と、を有し、入口の面積より出口の面積が狭い上記の水力発電装置を用いる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】