特開 2024-78247 小型風水力発電装置

(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】P2024078247

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】小型風水力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 7/00 20060101AFI20240603BHJP

   F03B 15/20 20060101ALI20240603BHJP

   F03B 15/04 20060101ALI20240603BHJP

   F03D 9/30 20160101ALI20240603BHJP

   F03D 7/06 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

F03B7/00

F03B15/20 Z

F03B15/04 F

F03D9/30

F03D7/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190670

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】591006900

【氏名又は名称】久米 道夫

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100083068

【弁理士】

【氏名又は名称】竹中 一宣

(74)【代理人】

【識別番号】100165489

【弁理士】

【氏名又は名称】榊原 靖

(74)【代理人】

【識別番号】100181593

【弁理士】

【氏名又は名称】庄野 寿晃

(74)【代理人】

【識別番号】100200621

【弁理士】

【氏名又は名称】堀部 峰雄

(72)【発明者】

【氏名】久米 道夫

【テーマコード（参考）】

3H072

3H073

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H072AA13

3H072AA26

3H072BB07

3H072BB31

3H072CC12

3H072CC42

3H072CC71

3H073AA03

3H073AA27

3H073BB03

3H073BB12

3H073CC30

3H073CD02

3H073CE40

3H178AA18

3H178AA22

3H178AA43

3H178AA56

3H178AA66

3H178BB06

3H178BB31

3H178BB71

3H178BB73

3H178CC21

3H178EE40

(57)【要約】

【課題】水流・水量・風力等の変化に対応できると共に、故障の発生を抑制することができる小型風水力発電装置を提供する。
【解決手段】小型風水力発電装置は、回転翼と、第１プーリ５と、第１ベルト１０と、第２プーリ６と、第２軸８と、第３プーリ９と、第２ベルト２１と、第４プーリ２２と、第３軸１２と、発電機と、トーションバー、及び／又は、トーションスプリングと、を備える。小型風水力発電装置では、回転翼に空気ノズルを近接して設け、水と空気の供給を、制御する供給装置を付設し、この供給装置の送風機、自然風、及び／又は、水力の働きを介して制御可能とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水路に付設した第１軸に設けた小型でなる回転翼と、この第１軸の両端に設けた各第１回転媒体と、この各第１回転媒体に一方を懸架した各第１懸架体と、この第１懸架体の他方に懸架した各第２回転媒体と、この各第２回転媒体を軸支する第２軸と、この第２軸の両端に設けた各第３回転媒体と、この各第３回転媒体に一方を懸架した各第２懸架体と、この各第２懸架体の他方に懸架した各第４回転媒体と、この各第４回転媒体を軸支する第３軸と、この第３軸が設けられる発電機と、
前記第１軸、又は前記第２軸の何れか一つには、トーションバー、及び／又は、トーションスプリングと、を備え、
前記回転翼に空気ノズルを近接して設け、
水と空気の供給を、制御する供給装置を付設し、
この供給装置の送風機、自然風、及び／又は、水力の働きを介して制御可能とする、小型風水力発電装置。

【請求項2】

前記送風機、自然風、及び／又は、水力の働きは、自然条件、又は人工手段を介して制御可能とする、請求項１に記載の小型風水力発電装置。

【請求項3】

前記送風機、自然風、及び／又は、水力の働きは、センサーのＯＮを利用可能とする、請求項１又は２に記載の小型風水力発電装置。

【請求項4】

前記回転翼に対し、水流用の樋、又は前記空気ノズルを配し、この樋、又はこの空気ノズルは可動式であって、水流、風の噴出し方向を可変可能とする、請求項１又は２に記載の小型風水力発電装置。

【請求項5】

前記水は、溜枡に導き、水位により、水の流れる方向を制御し、前記回転翼の稼働を調整可能とする、請求項１又は２に記載の小型風水力発電装置。

【請求項6】

前記送風機、自然風の送風方向を制御し、前記回転翼の稼働を調整可能とする、請求項１又は２に記載の小型風水力発電装置。

【請求項7】

前記送風機、自然風の選択は、ドローンの計測を基に判断する、請求項１又は２に記載の小型風水力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小型風水力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

小型風水力発電装置における、先行技術に関し説明する。

【0003】

例えば、特許文献１、２で開示されている構造は、下記である。

【0004】

先ず、特許文献１には、「梃子棒と水位調整用の油圧式上下装置、及び油圧式固定、及び解除機を介して、設けた前記梃子棒を介して制御されるピストンを備え、このピストンを介して、圧縮空気を圧縮タンクに導き、前記圧縮空気と波力水を介して発電する機構」が開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、「漏斗状で底面が奥方向に向かって高くなり、かつ波導入口は底面のみに波導入板を設け、波導入板が前記底面の傾斜よりも急傾斜の角度で斜め下前方に向けて連設されている波導入箱と、波導入箱における奥端に上向きに連結したノズル状の圧縮空気噴出口を有し、この圧縮空気通気管と、圧縮空気噴出口に距離をおいて配置された羽根を有する羽根風車と、発電機とからなる波力発電機構において、波を波導入口から導入可能に前記波導入箱を設置し、波導入箱内に導入される波は、急傾斜の波導入板を介して波導入口より波導入箱の底面の傾斜に導入されることで、自然界での波のように段波を形成し、かつ高速高圧の流れとなって波導入箱内の奥端へ押し寄せ、波が波導入箱内の空気を圧縮し、圧縮空気は圧縮空気通気管に吹き込み、圧縮空気噴出口から噴出して羽根風車を回転子、発電する波力発電機構」が開示されている。従って、風水力発電とは、構造が異なる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３９６２９５４号公報

【特許文献2】特許第６３７３３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

例えば、特許文献１では、搖動可能な梃子棒を設置することを特徴とするが、梃子棒の力点調整と水流変化を考えた場合、水流・水量等の変化を考えると、対応可能な構造、保守管理の問題、メンテナンスの面での改良の余地が考えられる。また、特許文献２では、多数個で、かつ多数段の波導入箱を備えることを特徴とするが、構造が複雑となり、保守管理の問題と、メンテナンスの面での改良と、簡略化において、改良の余地が考えられる。したがって、水流・水量・風力等の変化に対応できて、故障の発生が少なくすることができる小型風水力発電装置が求められる。

【0008】

本発明は、上述の事情の下になされたもので、水流・水量・風力等の変化に対応できると共に、故障の発生を抑制することができる小型風水力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】

【0009】

上述の目的を達成するために、本発明に係る小型風水力発電装置は、
水路に付設した第１軸に設けた小型でなる回転翼と、この第１軸の両端に設けた各第１回転媒体と、この各第１回転媒体に一方を懸架した各第１懸架体と、この第１懸架体の他方に懸架した各第２回転媒体と、この各第２回転媒体を軸支する第２軸と、この第２軸の両端に設けた各第３回転媒体と、この各第３回転媒体に一方を懸架した各第２懸架体と、この各第２懸架体の他方に懸架した各第４回転媒体と、この各第４回転媒体を軸支する第３軸と、この第３軸が設けられる発電機と、
前記第１軸、又は前記第２軸の何れか一つには、トーションバー、及び／又は、トーションスプリングと、を備え、
前記回転翼に空気ノズルを近接して設け、
水と空気の供給を、制御する供給装置を付設し、
この供給装置の送風機、自然風、及び／又は、水力の働きを介して制御可能とする。

【0010】

従って、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【0011】

本発明に係る小型風水力発電装置では、
前記送風機、自然風、及び／又は、水力の働きは、自然条件、又は人工手段を介して制御可能としてもよい。

【0012】

従って、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【0013】

本発明に係る小型風水力発電装置では、
前記送風機、自然風、及び／又は、水力の働きは、センサーのＯＮを利用可能とする。

【0014】

従って、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【0015】

本発明に係る小型風水力発電装置では、
前記回転翼に対し、水流用の樋、又は前記空気ノズルを配し、この樋、又はこの空気ノズルは可動式であって、水流、風の噴出し方向を可変可能とする。

【0016】

従って、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【0017】

本発明に係る小型風水力発電装置では、
前記水は、溜枡に導き、水位により、水の流れる方向を制御し、前記回転翼の稼働を調整可能とする。

【0018】

従って、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【0019】

本発明に係る小型風水力発電装置では、
前記送風機、自然風の送風方向を制御し、前記回転翼の稼働を調整可能とする。

【0020】

従って、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【0021】

本発明に係る小型風水力発電装置では、
前記送風機、自然風の選択は、ドローンの計測を基に判断する。

【0022】

従って、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【発明の効果】

【0023】

本発明においては、水力と風力を融合した、簡易で効率の良い小型風水力発電装置を提供でき、かつ地域に根付いた小型風水力発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施例の側面図

【図2】第１実施例の平面図

【図3】第１実施例の羽根と側板の関係を示した拡大模式図

【図4-1】第１実施例の雨水、又は流水の水量制御ボックスの拡大側面模式図

【図4-2】第１実施例の雨水、又は流水の水量制御ボックスの拡大平面模式図

【図5-1】第１実施例の圧縮空気噴射パイプを、回転翼に付設する状態の側面模式図

【図5-2】第１実施例の回転翼の軸受けの拡大平面模式図

【図6】第１実施例の動作を示した一例のフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の好ましい一例を順に説明する。

【0026】

図１～図３に示すように、本発明の第１実施例に係る小型風水力発電装置は、放水路Ｗ１が形成されているベースＧＬ上に設置されている。放水路Ｗ１には、多数枚(多数基)の水受け用の羽根３、３、３等（以下、多数個の例では、一つの符号とする。）を備える水車１の回転翼が架承(軸支)されており、この回転翼は、ハブ１ａと、放水路Ｗ１に設けた第１軸受け２、２（以下、対の例では、一方の符号とする。）に軸支された第１軸１００と、この第１軸１００に円板形状に形成されている側板１０１と、この側板１０１間に差渡し支持した樋形状の羽根３で構成されており、羽根３は、湾曲形状に形成されている受け板３００と、両端部の対の止め板３０１でなり、この各止め板３０１を側板１０１にそれぞれ取り付ける構造である。そして、この羽根３の受け板３００が、放水路Ｗ１からの水を受けることで、羽根３に動力が加わり、かつ回転翼に動力が加わる。これによって、回転翼及び第１軸１００は、第１軸受け２を軸芯に回転する。また、第１軸１００の両端部には第１プーリ５（第１回転媒体）が固止され、併せて、第１プーリ５が回転する。

【0027】

図１、図２において、図中の符号「６」は第２プーリ６（第２回転媒体）であり、第２軸受け７に軸承した第２軸８（中間軸）の両端部に固止されており、この第２プーリ６、第２軸８等は中間媒体として機能するとともに、減速手段、又は緩衝機構としての役割がある。この第２プーリ６と第１プーリ５の間には、第１ベルト１０（第１懸架体）が懸架される。また、第１プーリ５は、その径が、第２プーリ６の径よりも大きく確保できるように形成されている（第１プーリ５の径＞第２プーリ６の径）。これにより、第１プーリ５及び第２プーリ６を有する機構は、増速を確保する。尚、図中の符号「９」は第２軸８の両端部に設けられた第３プーリ９（第３回転媒体）であり、第２プーリ６の外側に固止されている。この第３プーリ９と、第２プーリ６は同径であるが、限定されない。例えば、増速を意図し、図１の例も有り得る。また、第２プーリ６は、その径が、第３プーリ９の径よりも大きい構造であってもよい（第３プーリ９の径＜第２プーリ６の径）。

【0028】

また、図１及び図２において、図中の符号「１１」は第３軸受け１１であり、この第３軸受け１１間には、モータ軸としての第３軸１２が架承されている。この第３軸１２は、トーションバーであって、第１プーリ５、第２プーリ６、第１ベルト１０、又は後述する第２ベルト２１（第２懸架体）等の駆動機構に衝撃や、走行時に発生する可能性がある衝撃によって、第３軸１２に、本来の正常な動きが付与されない状況下、例えば、誤作動、又は歪み等の発生があった際に、この誤作動等を緩衝する役割がある。理由は、発電機２０には、第３軸１２が左右より差し込まれていて、この左右の第３軸１２が同時に電動発電機部２０００(回転力を電気に変換する部位)に連結されていることからである。そして、第３軸１２には、トーションバー、及び／又は、トーションスプリングを付設することもできる。

【0029】

図中の符号「２２」は第３軸１２の両端部に固止した第４プーリ２２（第４回転媒体）であり、この第４プーリ２２と、第３プーリ９の間には、第２ベルト２１が懸架されている。

【0030】

図４－１、図４－２において、本第１実施例は、回転翼、及び／又は、羽根３（図１参照）に最大の力が掛かる部位に設けられており、例えば、水力、水量に起因する重力、及び風力の押圧力が、最も有効である機構で示してある。即ち、樋３０から水を、貯留する水位調節型の水量調節用のボックス４０には、水位調節用パイプ４１を設ける。この水位調節用パイプ４１に繋がる各種の複数のパイプ４２を介して、排水口４３に繋ぎ、かつ水車１（図１参照）の回転翼に、水を効率的、かつ間欠的か、連続的に供給する。図中符号「４０ａ」は、水量調節用のボックス４０の傾斜床面４０ａであり、傾斜床面４０ａの傾斜終端に設けた排水制御部４０ｂを付設する。

【0031】

図中の符号「５０」は圧縮空気噴射パイプ５０であり、図５－１に詳細を図示する。圧縮空気噴射パイプ５０は、回転翼の一側面か両側面における、それぞれの面に対で付設した状態を示しており、かつ水流方向Ｈ１に向かって開口５０ａを設ける。このように、水流方向Ｈ１に開口する構造では、回転翼に対する、水流方向Ｈ１の水流を弱めることはなく、風力を加算することができ、極めて、効率的である。尚、空気は圧縮空気に限定されず、自然風も可能であることと、強風時は、風を直接、圧縮空気噴射パイプ５０に導き、省資源を図る。また、圧縮空気生成用のポンプ、ピストン、サーキュレータ、等の機器を付設することも有り得る。図５－２中の符号「５２」は軸受け５２であり、図１に示す第１軸１００を軸支する。図５－２中の符号「５３」はベアリング５３である。

【0032】

以下、水の流れ、及び／又は、風の流れと、各部材の動きを説明すると、図２において、樋３０から流れた水は、図面上で、左側に位置する回転翼の羽根３に注がれることで、回転翼が回転を始める。この回転で第１軸１００が動き出す。この動きは、第１プーリ５の回転となり、かつ第１ベルト１０が動き出す。原則として、水の流れと、風の流れは、併用することが基本であるが、緊急時や、水流強弱／水量の大小、及び／又は、強風時等の特別な気候の例では、水と、風を、単独で駆動源とする（以下省略し、水のみとする）。

【0033】

そして、この第１ベルト１０の動きにより、第２軸８が動き出す。この動きは、第２プーリ６の回転、かつ同軸上の第３プーリ９の回転となり、かつ第２ベルト２１が動き出す。

【0034】

この第２ベルト２１は図面上の右側に位置する、第４プーリ２２と第３軸１２が、共に動き出す。この第３軸１２の回転が発電機２０の電動発電機部２０００に伝えられ、かつ発電する。

【0035】

そして、前述したように、本第１実施例のものは、第１プーリ５の径は、第２プーリ６の径より大きく、第３プーリ９の径は、第４プーリ２２の径よりも大きい構造（第１プーリ５の径＞第２プーリ６の径、第３プーリ９の径＞第４プーリ２２の径）を利用して、回転力を増速し、効率的に電気量を確保する。

【0036】

また、電動発電機部２０００には、左右側に、第４プーリ２２と第２ベルト２１とを介して、第３軸１２が連結されていることから、前記のそれぞれの各部材には、非常停止用のセンサー（図示なし）がそれぞれ付設されており、緊急時には、各部材が停止する構造である。

【0037】

続いて、図１、図５－１、及び図６に示すように、スタートは、空気圧、及び／又は、水流方向Ｈ１の水流Ｈを利用するかの選択により、次の３ステップに分かれる（ＳＴ－２）。圧縮空気のみの場合には、圧縮空気噴射パイプ５０を経由する。又は、圧縮空気及び水の場合は、圧縮空気噴射パイプ５０と樋３０を経由する。さらに、水のみの場合は、樋３０を経由する。その後、圧縮空気噴射パイプ５０へは空気、樋３０へは流水であって、圧縮空気、及び／又は、流水有りと無しによって判定を行う（ＳＴ－３）。このＳＴ－３でＹＥＳとなった場合では、回転翼に圧縮空気、及び／又は、水が流れ(ＳＴ－４)、回転翼が回転する（ＳＴ－５）。一方、第１軸１００、第１プーリ５、第１ベルト１０等に何らかの障害があるとセンサー４４－４６が働きＮＯとなり、元に戻る(ＳＴ－６)。

【0038】

回転翼の回転は、正常であって、ＹＥＳであり、かつ回転の動作は、第１プーリ５と、第１ベルト１０を介して、次の第２プーリ６と第３プーリ９に伝わる(ＳＴ－７)。一方、第２軸８、第２プーリ６、第３プーリ９等に何らかの障害があるとセンサー７０－７５が働きＮＯとなり、元に戻る(ＳＴ－８)。

【0039】

そして、回転翼の回転が、正常のＹＥＳでは、この回転の動作は、第２ベルト２１と第４プーリ２２を介して、第３軸１２に伝わる(ＳＴ－９)。一方、第２ベルト２１や第４プーリ２２、第３軸１２等に何らかの障害があるとセンサー５６－５９が働きＮＯとなり、元に戻る(ＳＴ－１０)。

【0040】

前記ＹＥＳ（ＳＴ－９）と、前記ＮО（ＳＴ－１０）では終了であり、一動作が終了し（ＳＴ－１１）、その後は、繰り返しである。

【0041】

本発明は、構成、又は形態の広義の精神と範囲を逸脱せずに、様々な実施の構成・形態、及び、変形が可能とされるものである。また、前述の実施の形態は、この発明を、理解し易く、説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

【符号の説明】

【0042】

１ 水車
１ａ ハブ
１００ 第１軸
１０１ 側板
２ 第１軸受け
３ 羽根
３００ 受け板
３０１ 止め板
５ 第１プーリ（第１回転媒体）
６ 第２プーリ（第２回転媒体）
７ 第２軸受け
８ 第２軸（中間軸）
９ 第３プーリ（第３回転媒体）
１０ 第１ベルト（第１懸架体）
１１ 第３軸受け
１２ 第３軸
２０ 発電機
２０００ 電動発電機部
２１ 第２ベルト（第２懸架体）
２２ 第４プーリ（第４回転媒体）
３０ 樋
４０ （水量調節用の）ボックス
４０ａ 傾斜床面
４０ｂ 排水制御部
４１ 水位調節用パイプ
４２ パイプ
４３ 排水口
４４～４６ センサー
５０ 圧縮空気噴射パイプ
５０ａ 開口
５２ 軸受け
５３ ベアリング
５６～５９ センサー
７０～７５ センサー
Ｈ 水流
Ｈ１ 水流方向
Ｗ１ 放水路
ＧＬ ベース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4-1】

【図4-2】

【図5-1】

【図5-2】

【図6】