特開 2023-65145 水力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023065145

(43)【公開日】2023-05-12

(54)【発明の名称】水力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 7/00 20060101AFI20230502BHJP

【ＦＩ】

F03B7/00

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021175779

(22)【出願日】2021-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】521471615

【氏名又は名称】迪暘有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＴＩ ＹＡＮＧ ＣＯ．，ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ２８，Ｌｎ． ６７，Ｈｅｃｕｏ Ｓｔ．，Ｘｉｔｕｎ Ｄｉｓｔ．，Ｔａｉｃｈｕｎｇ Ｃｉｔｙ４０７，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100185694

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 隆志

(72)【発明者】

【氏名】楊浤源

【テーマコード（参考）】

3H072

【Ｆターム（参考）】

3H072AA09

3H072AA13

3H072AA23

3H072AA26

3H072BB31

3H072CC01

3H072CC08

3H072CC10

3H072CC11

3H072CC42

3H072CC71

(57)【要約】

【課題】導水渠が本来備えている灌排機能に悪影響を与えず、複数の羽根に大きめのトルクが発生するため、発電効率を高めて電気供給能力が向上する水力発電装置を提供する。
【解決手段】水力発電装置１０は、ファン１１、変速機ケース２０及び発電機２２を備える。ファンは、水力により回転駆動される。変速機ケースは、ファンの回転数を変化させる。発電機の１本の軸が変速機ケースに接続されるとともに、ファンの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換させて外部に出力する。変速機ケースと軸２３とを接続させるコネクタ２１をさらに備える。伝動軸１４及びユニバーサルジョイント１７をさらに備える。伝動軸は、ファンと直列接続されて同じ方向に回転可能である。ユニバーサルジョイントは、伝動軸、長尺状杆１６及び短尺状杆１６１をそれぞれ接続させ、長尺状杆及び短尺状杆を介して変速機ケースが伝動軸のトルクを受ける。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１組のファンと、１つの変速機ケースと、１つの発電機とを備えた、水力発電装置であって、
前記ファンは、水力により回転駆動され、
前記変速機ケースは、前記ファンの回転数を変化させ、
前記発電機の１本の軸が前記変速機ケースに接続され、
前記発電機は、前記ファンの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換させて外部に出力することを特徴とする、水力発電装置。

【請求項2】

前記変速機ケースと前記軸とを接続させるコネクタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。

【請求項3】

１本の伝動軸及び１組のユニバーサルジョイントをさらに備え、
前記伝動軸は、前記ファンと直列接続されて同じ方向に回転可能であり、
前記ユニバーサルジョイントは、前記伝動軸、１本の長尺状杆及び１本の短尺状杆をそれぞれ接続させ、前記長尺状杆及び前記短尺状杆を介して前記変速機ケースが前記伝動軸のトルクを受けることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。

【請求項4】

前記変速機ケースと長尺状杆とを接続させる関節軸受をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項5】

少なくとも１つのウキに接続される伝動軸をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項6】

前記発電機と前記長尺状杆との間に設けられた部材を保護するメインケースをさらに備えることを特徴とする請求項３～５の何れか１項に記載の水力発電装置。

【請求項7】

前記メインケースは、１対の軌道に配設されて固定されることを特徴とする請求項６に記載の水力発電装置。

【請求項8】

前記１対の軌道には、前記メインケースに対して往復運動可能な１つのサブケースが取り付けられ、
前記サブケースは、他のユニバーサルジョイント及び１本の接続バーを介して伝動軸に接続されることを特徴とする請求項７に記載の水力発電装置。

【請求項9】

前記発電機から短尺状杆までの部材には、１つのスイングアームが取り付けられ、
前記スイングアームは、基礎の上面に枢着されることを特徴とする請求項３～５の何れか１項に記載の水力発電装置。

【請求項10】

前記スイングアームは、前記基礎の１つの凸部に枢着されることを特徴とする請求項９に記載の水力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電分野に関し、特に、水力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の水力発電（Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ）方式では、水の位置エネルギーを電気エネルギーに変換していた。ここで「位置エネルギー」とは、水位の高度差を指し、重力の作用を受けて流動する運動エネルギー（例えば、高い所に貯めた水を低い所にある水車に落とすこと）により水車を廻し、水車につながっている発電機により電気エネルギーを生み出していた。

【0003】

また発電で用いられる水は、繰り返して利用することができるクリーンなエネルギーの一つであり、洪水・氾濫をコントロールし、河川舟運を改善し、灌漑用水を提供することもできる。しかし、貯水池方式のダム建設は投資が巨大である上、温室効果ガスであるメタンを発生させて恒久的かつ不可逆的に環境を破壊してしまう虞があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従って、本発明の課題目的は、複数の羽根が水中に浮いているため、導水渠が本来備えている灌排機能に悪影響を与えず、複数の羽根に大きめのトルクが発生するため、発電効率を高めて電気供給能力が向上する水力発電装置を提供することにある。

【0005】

本発明のもう一つの課題目的は、小型の水力発電装置を利用することにより投資費用を抑えることができるとともに、環境が破壊されることを防ぎながら発電することができる水力発電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、１組のファンと、１つの変速機ケースと、１つの発電機とを備えた、水力発電装置であって、前記ファンは、水力により回転駆動され、前記変速機ケースは、前記ファンの回転数を変化させ、前記発電機の１本の軸が前記変速機ケースに接続され、前記発電機は、前記ファンの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換させて外部に出力することを特徴とする、水力発電装置が提供される。

【0007】

前記変速機ケースと前記軸とを接続させるコネクタをさらに備えることが好ましい。

【0008】

１本の伝動軸及び１組のユニバーサルジョイントをさらに備え、前記伝動軸は、前記ファンと直列接続されて同じ方向に回転可能であり、前記ユニバーサルジョイントは、前記伝動軸、１本の長尺状杆及び１本の短尺状杆をそれぞれ接続させ、前記長尺状杆及び前記短尺状杆を介して前記変速機ケースが前記伝動軸のトルクを受けることが好ましい。

【0009】

前記変速機ケースと長尺状杆とを接続させる関節軸受をさらに備えることが好ましい。

【0010】

少なくとも１つのウキに接続される伝動軸をさらに備えることが好ましい。

【0011】

前記発電機と前記長尺状杆との間に設けられた部材を保護するメインケースをさらに備えることが好ましい。

【0012】

前記メインケースは、１対の軌道に配設されて固定されることが好ましい。

【0013】

前記１対の軌道には、前記メインケースに対して往復運動可能な１つのサブケースが取り付けられ、前記サブケースは、他のユニバーサルジョイント及び１本の接続バーを介して伝動軸に接続されることが好ましい。

【0014】

前記発電機から短尺状杆までの部材には、１つのスイングアームが取り付けられ、前記スイングアームは、基礎の上面に枢着されることが好ましい。

【0015】

前記スイングアームは、前記基礎の１つの凸部に枢着されることが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明の水力発電装置は、以下（１）及び（２）の効果を有する。
（１）複数の羽根が水中に浮いているため、導水渠が本来備えている灌排機能に悪影響を与えず、複数の羽根に大きめのトルクが発生するため、発電効率を高めて電気供給能力が向上する。

【0017】

（２）小型の水力発電装置を利用するため投資費用を抑えることができるとともに、環境が破壊されることを防ぎながら発電することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る水力発電装置を示す斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の動作の説明図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る水力発電装置を示す斜視図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る水力発電装置の動作の説明図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る水力発電装置の使用を停止した状態を示す説明図である。

【図6】図５の側面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の動作の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の技術手段及びそれにより達成可能な効果を、より完全かつ明白に開示するために、開示した添付の図面及び符号と併せて本発明を以下に詳説する。

【0020】

（第１実施形態）
図１及び図２を参照する。図１は、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の動作の説明図である。図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置１０は、少なくとも１組のファン１１と、１本の伝動軸１４と、１組のユニバーサルジョイント１５，１７、１本の長尺状杆１６と、１本の短尺状杆１６１と、１つの関節軸受１８と、１つの変速機ケース２０と、１つのコネクタ２１と、１つの発電機２２とから構成されてなる。

【0021】

各ファン１１は、１つの結合部１２をそれぞれ有する。旋回方向で、結合部１２の外表面には、３枚の羽根１３が延設されている。全ての結合部１２が伝動軸１４上に嵌設され、伝動軸１４が１組のファン１１に直列接続されているため同じ方向で回転可能である。ユニバーサルジョイント１５は、長尺状杆１６及び伝動軸１４に接続されるとともに、ユニバーサルジョイント１７は、長尺状杆１６及び短尺状杆１６１に接続されているため、当該組のユニバーサルジョイント１５，１７を関節として用い、伝動軸１４、長尺状杆１６及び短尺状杆１６１を互いに接続させる。上述した変速機ケース２０は、ギヤボックスとも称される。このギヤボックスの両側には、軸ロッド（符号は付されていないが、図４を参照する。）がそれぞれ延設される。２本の軸ロッドは、所定の比率を有し、輸入軸及び出力軸としてそれぞれ用いられる。

【0022】

輸入軸は、関節軸受１８を介して短尺状杆１６１と接続される。出力軸は、コネクタ２１を介して発電機２２の１本の軸２３と接続される。発電機２２は、少なくとも１本の電線２４と接続される。

【0023】

実際に使用する際、発電機２２からユニバーサルジョイント１７まで横向きの連結関係が保持されるため、コネクタ２１、変速機ケース２０、関節軸受１８及び短尺状杆１６１が直線状態に維持される。長尺状杆１６は、斜めであり、伝動軸１４とのなす角度を鈍角にし、伝動軸１４を発電機２２の軸２３に対して略平行にし、当該組のファン１１が伝動軸１４を同じ方向で回転させることに悪影響を与えない。このように、変速機ケース２０は、長尺状杆１６及び短尺状杆１６１を介して伝動軸１４のトルクを受け、伝動軸１４のトルクの大きさ又は速度を変えることもできる。同時に、発電機２２は、伝動軸１４の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電線２４を介して外部に出力する。

【0024】

当該組のファン１１は、導水渠（図示せず）中で浮遊するため、導水渠が本来備えている灌排機能に悪影響を与えることを防ぐ。また、当該組のファン１１は、大きめのトルクを生み出すため、発電機２２の発電効率を高め、電気供給能力を向上させることができる。また、小型の水力発電装置１０は、投資費用を減らし、環境が破壊されることを防ぎながら発電する長所を兼ね備える。

【0025】

また、１組のウキ２７は、伝動軸１４に直列接続されている。伝動軸１４は、ウキ２７を介して流動する液体中でスムーズに転動可能である。他の実施形態では、水力発電装置１０が少なくとも１つのウキ２７を有することも本発明の範囲に含まれる。

【0026】

図３及び図４を参照する。図３は、本発明の第２実施形態に係る水力発電装置を示す斜視図である。図４は、本発明の第２実施形態に係る水力発電装置の動作の説明図である。図３及び図４に示すように、本発明の第２実施形態に係る構造は、第１実施形態と略同じであるが、水力発電装置１０が１つのメインケース３０をさらに有する点が異なり、このメインケース３０により発電機２２と長尺状杆１６との間の部材（例えば、コネクタ２１、変速機ケース２０、関節軸受１８、短尺状杆１６１、ユニバーサルジョイント１７など）を保護する。

【0027】

次に、１対の軌道３２の長さは、メインケース３０の長さより大きい。メインケース３０は、２つの軌道３２の一端に配設されて固定される。

【0028】

また、１つのサブケース３１は、１対の軌道３２の他端に取り付けられ、メインケース３０に対して往復運動可能である。サブケース３１は、ユニバーサルジョイント２５及び１本の接続バー２６を介して伝動軸１４に接続される。言い換えると、伝動軸１４の両端は、長尺状杆１６及び接続バー２６とそれぞれ接続される。

【0029】

例えば、上述した水力発電装置１０が１本の溝渠４０近くに移動し、２本の軌道３２が溝渠４０の２つの壁４１の頂面４２に固定される。サブケース３１は、手動方式、電動方式又は自動方式により、軌道３２の長手方向でメインケース３０に近づいて両者の間隔を縮めると、長尺状杆１６及び接続バー２６により伝動軸１４及び当該組のファン１１を支えながら、液面４３下に沈む。

【0030】

図４の矢印は流動方向４４を表す。溝渠４０の液体（一般に流水である）は、羽根１３に当たる。伝動軸１４と結合部１２とが接続されているため、当該組のファン１１は伝動軸１４を同じ方向で回転させる。接続バー２６は、サブケース３１に対して空転し、作動しない。変速機ケース２０は、所定値又は歯数比に基づき、伝動軸１４のトルクを変え、軸２３を同期で作動させ、発電機２２により電力を発生させ、電線２４を介して外部に出力する。

【0031】

（第２実施形態）
図５及び図６を参照する。図５及び図６に示すように、軌道３２の長手方向でサブケース３１がメインケース３０から離れて両者の間隔が開くと、接続バー２６、伝動軸１４及び長尺状杆１６が引っ張られて真っすぐ伸びた状態となり、当該組のファン１１が液面４３の上空に吊下げられ、溝渠４０の液体が図６の流動方向４４で流動し続けても、水力発電装置１０に電力は発生しない。

【0032】

第２実施形態では、サブケース３１の往復運動をスムーズに行うことができるように、メインケース３０には、長尺状杆１６が揺動可能な細長い孔（図示せず）が形成されることが好ましい。

【0033】

（第３実施形態）
図７を参照する。図７は、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の動作の説明図である。図７に示すように、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置１０は、第１実施形態と略同じであるが、発電機２２から関節軸受１８に至る部材（例えば、コネクタ２１、変速機ケース２０など）に１つのスイングアーム５５が取り付けられる点が異なる。

【0034】

次に、スイングアーム５５が１つの基礎５３の上面（例えば基礎５３の１つの凸部５４）に枢着される。

【0035】

実際に使用するときは、基礎５３を河原５２に固定させる。スイングアーム５５を１本の河流５０に向かって揺動させると、短尺状杆１６１及び長尺状杆１６を介して支え、伝動軸１４及び当該組のファン１１が河流５０中に沈められる。図７の流動方向５１により、当該組のファン１１が伝動軸１４と一緒に回転され、変速機ケース２０によりトルクを発電機２２に伝達し電力を発生させてもよい。

【0036】

当該分野の技術を熟知する者が理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0037】

１０ 水力発電装置
１１ ファン
１２ 結合部
１３ 羽根
１４ 伝動軸
１５ ユニバーサルジョイント
１６ 長尺状杆
１７ ユニバーサルジョイント
１８ 関節軸受
２０ 変速機ケース
２１ コネクタ
２２ 発電機
２３ 軸
２４ 電線
２５ ユニバーサルジョイント
２６ 接続バー
２７ ウキ
３０ メインケース
３１ サブケース
３２ 軌道
４０ 溝渠
４１ 壁
４２ 頂面
４３ 液面
４４ 流動方向
５０ 河流
５１ 流動方向
５２ 河原
５３ 基礎
５４ 凸部
５５ スイングアーム
１６１ 短尺状杆

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2023-02-07

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１組のファンと、１つの変速機ケースと、１つの発電機とを備えた、水力発電装置であって、
前記ファンは、水力により回転駆動され、
前記変速機ケースは、前記ファンの回転数を変化させ、
前記発電機の１本の軸が前記変速機ケースに接続され、
前記発電機は、前記ファンの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換させて外部に出力し、
１本の伝動軸及び１組のユニバーサルジョイントをさらに備え、
前記伝動軸は、前記ファンと直列接続されて同じ方向に回転可能であり、
前記ユニバーサルジョイントは、前記伝動軸、１本の長尺状杆及び１本の短尺状杆をそれぞれ接続させ、前記長尺状杆及び前記短尺状杆を介して前記変速機ケースが前記伝動軸のトルクを受け、
前記発電機と前記長尺状杆との間に設けられた部材を保護するメインケースをさらに備え、
前記メインケースは、１対の軌道に配設されて固定され、
前記１対の軌道には、前記メインケースに対して往復運動可能な１つのサブケースが取り付けられ、
前記サブケースは、他のユニバーサルジョイント及び１本の接続バーを介して伝動軸に接続されることを特徴とする、水力発電装置。

【請求項2】

前記変速機ケースと前記軸とを接続させるコネクタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。

【請求項3】

前記変速機ケースと長尺状杆とを接続させる関節軸受をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項4】

少なくとも１つのウキに接続される伝動軸をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項5】

前記発電機から短尺状杆までの部材には、１つのスイングアームが取り付けられ、
前記スイングアームは、基礎の上面に枢着されることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の水力発電装置。

【請求項6】

前記スイングアームは、前記基礎の１つの凸部に枢着されることを特徴とする請求項５に記載の水力発電装置。