水力発電装置
【課題】山岳地域を流れる河川のように、高低差を有する地形を流れる河川の流水を利用して、小規模の設備でありながら、効率的に電力を得るようにした水力発電装置を提供する。
【解決手段】
高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、水車装置は軸部材に複数の水車を同軸状態で並設し、該水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、該軸部材に設けたギヤにチェーン等の回転伝達手段を連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続した。また、水路に設けた段差は該水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に設けた水車装置は軸部材に水車を設けた構成とする。
【解決手段】
高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、水車装置は軸部材に複数の水車を同軸状態で並設し、該水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、該軸部材に設けたギヤにチェーン等の回転伝達手段を連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続した。また、水路に設けた段差は該水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に設けた水車装置は軸部材に水車を設けた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川等の流水による水力エネルギーを電力エネルギーに変換することにより、効率的に電力を得ることができるようにした水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、河川等の水力エネルギーを利用することにより電力を得る方法は、山間部に設けたダムや急流を利用した大型の水力発電設備が主流とされていた。しかしながら、近年、環境問題等が原因で、山間部に大規模なダムを建設することが困難であり、また火力発電機は、二酸化炭素の発生が環境に悪影響を及ぼす等の問題があるため、電力の供給を原子力発電機に依存する傾向にあった。
【０００３】
ところが、原子力発電機は、地震等が原因となって引き起こされる放射能汚染等の問題が社会問題となっているため、規模を縮小する傾向にある。そこで、今後においては、原子力を利用することなく、小規模でありながら、効率的に電力を得るようにした技術が期待されている。
【０００４】
そのような技術として、特許文献１に記載されている水力発電設備を参照する。この文献の水力発電設備は、海面下または河川の水面下に設けられた取水口を導水管を介して地下に設けられた発電室の水力タービンに導き、さらに発電後の海水または河川水を発電室から揚水手段を介して海または河川に戻すようにしたものである。
【０００５】
しかしながら、このような水力発電設備は、従来のダム設備に比較すれば小規模であるが、海面下または河川の水面下より低い地中に発電室を設けると共に、地中に導水管や揚水手段を設ける必要があるため、工事が大掛かりになるという不都合がある。
【０００６】
ところで、一方、山岳が多く存在する日本の国土事情を考慮して、河川の流水を使用した発電機の開発が期待されている。ちなみに、特許文献２を参照すると、この文献には、河川に浮かべた浮き架台に水車羽を設けると共に、水底のアンカーに固定したワイヤー等で浮き架台を引くようにした水流発電機が記載されている。
【０００７】
しかしながら、上記のように、浮き架台を河川に浮かべた状態で水車羽を回転することによって電力を得る構造は、河川に洪水等の激流が発生すると、水底のアンカーが破壊されたり、ワイヤーが切断され、また発電装置そのものが破壊されるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２１４１８７号公報
【特許文献２】特開２００５−３５１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、山岳地域を流れる河川のように、高低差を有する地形を流れる河川の流水を利用して、小規模の設備でありながら、効率的に電力を得るようにした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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の水力発電装置は、高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、水車装置は軸部材に複数の水車を同軸状態で並設し、該水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、該軸部材に設けたギヤにチェーン等の回転伝達手段を連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２の水力発電装置は、高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、水路に設けた段差は該水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に設けた水車装置は軸部材に水車を設けた構成とし、各水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、水路の各段差に設けた複数の水車装置の各軸部材に設けた複数のギヤをチェーン等の回転伝達手段によって連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３の水力発電装置は、請求項１又は２において、河川を分流するように構築した水路は、河川の側部に沿って形成したことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項４の水力発電装置は、請求項１又は２において、河川を分流するように構築した水路は、河川内の上部に沿って形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１の水力発電装置は、上記のように、高低差を有する水路の途中に設けた段差において、水路の流水口から流水が落下する位置、即ち流水落下位置に複数の水車を同軸状態で並設した水車装置を設置した構成としている。この水車装置の軸部材は、チェーン等の回転伝達手段を加速機（増速機とも云う）を介して発電機に接続しているため、加速機のギヤ比に応じて増速された回転速度で発電機を回転することにより高能率的に電力を得ることが可能となる。
【００１５】
従って、この水力発電装置は、上記のように、軸部材に複数の水車を同軸状態で並設した構成を有するため、比較的幅の広い水路に適するものであり、軸方向に設けた複数の水車による回転を加速機のギヤ比に応じて増速することにより、河川の分流によって発生する流水の水力エネルギーを効率的に電力エネルギーに変換することが可能となる。このため、火力発電や原子力発電のように高価な資源を必要とすることなく、日本においては豊富に存在する水資源という自然力を利用することによって、ランニングコストを安価にすることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の請求項２の水力発電装置は、上記のように、水路に設けた段差を水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に水車装置を設け、各水車装置をチェーン等の回転伝達手段で連結すると共に、加速機を介して発電機に接続した構成としたため、加速機のギヤ比に応じて増速された回転速度で発電機を回転し、電力を得ることが可能となる。
【００１７】
従って、このような水力発電装置は、段差が多く存在する傾斜地に設けた比較的狭い水路に適するものであり、水路に沿った複数の水車による回転を加速機のギヤ比に応じて増速することにより、水力エネルギーを電力エネルギーに効率的に変換することが可能となる。このため、この水力発電装置においても、火力発電や原子力発電のように高価な資源を必要とすることなく、日本においては豊富に存在する水資源という自然力を利用することによって、ランニングコストを安価にすることが可能となる。
【００１８】
なお、請求項１又は請求項２の水力発電装置において、河川を分流するように構築した水路は、河川の側部に沿って形成することが可能である。この場合、地形的に河川の側部に水路を構築するスペースが必要であるが、河川の状況に影響されずに水路を構築することが可能となる。
【００１９】
また、請求項１又は２の水力発電装置において、河川を分流するように構築した水路は、河川内の上部に沿って形成することが可能である。この場合、水路を河川自体に構築するものであるため、河川の側部に水路を構築するスペースは不要となり、しかも水路の流水口から水車装置へ流下した流水をそのまま河川に流すことができ、その分、水路を低コストに構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す部分拡大平面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る水力発電装置の正面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図５】本発明の実施例１の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図６】本発明の実施例１の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図７】本発明の実施例２に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例２に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す部分拡大平面図である。
【図９】本発明の実施例２に係る水力発電装置の正面図である。
【図１０】本発明の実施例２に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施例２の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例２の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施例３に係る水力発電装置を滝の下部に設置した状況を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２２】
本実施例の水力発電装置１Ａは、図１に示すように、山岳地域等のように高低差を有する地形を流れる河川２を分流するように構築した水路３Ａに適用するものであり、水路幅が比較的広く形成された水路３Ａに適する。
【００２３】
また、このような水路３Ａは、図３に示すように、規模に応じて金属製又は鉄筋コンクリート製等によって断面凹形の連続溝形状に造成すると共に、図１に示すように、河川２から水路３Ａに分流する境界部に、広い幅から水路３Ａの狭い幅に案内するガイド部４を形成したことによって河川２からの流水Ｆを水路３Ａに円滑に導くようにしている。
【００２４】
また、多量の降水や洪水等のように水量が増した際に水路３Ａを流れる水量を制限すると共に、一定の水量に調整するため、図１、２、３に示すように、水路３Ａの上部に増水分の掻き落としを行う掻き落とし部材５を固定している。この掻き落とし部材５は、コンクリート製等によって形成した棒状又は板状の長尺部材を水路３Ａの両端に傾斜状に掛けて固定したものである。
【００２５】
また、上記の水路３Ａは、地形の高低差を利用して下り勾配に設けられ、水路３Ａの途中には地形を利用した段差６、又は地形を利用して造られた段差６が設けられている。このような水路３Ａは、段差６の上方で水路３Ａが一旦中断されると共に、中断された箇所が流水口７として機能するものであり、このような流水口７の下方における流水落下位置に水車装置８Ａを設置している。
【００２６】
また、水路３Ａの流水口７の下方は、流水口７から流下した流水Ｆを受け止めるために、水路３Ａよりも広い幅の受水室２２が形成され、受水室２２の流水は、図１に示すように、受水室２２からその下流の水路３Ａを経て元の河川２に戻されることになる。
【００２７】
また、本実施例の水車装置８Ａは、図１、２、３、４に示すように、軸部材１０に複数の水車９ａ、９ｂ、９ｃを同軸状態に並設すると共に、軸部材１０を回転自在に支持したものである。
【００２８】
即ち、図３に示すように、軸部材１０の外周に設けられた円筒形の軸胴部１２を介して複数枚の羽根板１１（図４参照）が固定された構造により１個の水車９ａが形成され、このような複数の水車９ａ、９ｂ・・・が軸部材１０の軸胴部１２の外周に形成されたことにより、水車装置８Ａが構成されている。なお、本実施例において、水車装置８Ａは、３個の水車９ａ、９ｂ、９ｃを並設した構成としてあるが、必ずしも３個に限定する必要はなく、各水車９ａ、９ｂ・・・の幅や水路３Ａの幅等の関係から設定することが可能である。
【００２９】
なお、図４に示すように、各水車９ａ、９ｂ、９ｃに設けた夫々の羽根板１１は中途部分が回転方向に向けて鈍角状に折れ曲げられた形状に形成され、水路３Ａの流水口７から流下した流水を確実に受け止めることが可能とされている。ただし、羽根板１１は折れ曲げ部を形成せずに、直状に形成することも可能である。また、図３又は図４に示すように、水車装置８Ａは各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ａの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ａを能率的に回転することが可能となる。
【００３０】
このような水車装置８Ａは、図３に示すように、軸部材１０の両端付近に設けられた不図示のベアリングを介して水車支持台１３、１３に回転自在に固定されている。また、本実施例は、水路幅が比較的広く形成された水路３Ａに適するものである。従って、水路幅が広くなると、水車装置８Ａの軸部材１０の長さも長くなるため、軸部材１０の剛性を補強するために、軸部材１０の途中である水車９ａ、９ｂ、９ｃの間ごとに中間支持部材１４を立設した構成としている。
【００３１】
さらに、図２に示すように、水車装置８Ａの軸部材１０の端部には、軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合し、加速ギヤ装置２１を介して発電機１８の回転軸１８ａに設けたギヤ１９に接続している。
【００３２】
このような構成において、加速ギヤ装置２１は、ギヤ径の異なるギヤ２１ａ、２１ｂの夫々をギヤ支持台１５で支持すると共に、水車装置８Ａの軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７を介して一方のギヤ２１ａに連結する。また、他方のギヤ２１ｂに連結したチェーン１７を介して発電機１８のギヤ１９に連結することにより、水車装置８Ａの回転を増速した状態で発電機１８に伝達して、電力に変換するようにしている。
【００３３】
また、発電機１８は、防水のために、ケーシング２０内に設けるようにするとよい。さらに、図４に示すように、大量の降雨時や洪水等にも水没しないように、発電機１８はなるべく高所に設けるのが望ましい。このため、水力発電装置１Ａの設置位置から離れた高い位置に設けるか、不図示であるが、発電機１８を高い架台の上部に固定するようにしても良い。
【００３４】
本実施例の水力発電装置１Ａは、上記のように、比較的幅の広い水路３Ａに適するものであり、この水車装置８Ａを軸部材１０に複数の水車９ａ、９ｂ・・・を同軸状態で並設した構成とする。また、複数の水車９ａ、９ｂ・・・による回転力を加速ギヤ装置２１におけるギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速された回転速度に変換することにより、河川２の分流によって発生する流水Ｆの水力エネルギーを効率的に電力エネルギーに変換することができる。
【００３５】
上記の実施例は、水路３Ａを河川２の側部に沿って形成したものである。この場合、地形的に河川２の側部に水路３Ａを構築するスペースが必要であるが、河川２の状況に影響されずに水路３Ａを構築することが可能となる。
【００３６】
また、実施例１の他の実施例として、水路３Ａを河川２内の上部に沿って形成することも可能である。即ち、図５又は図６に示すように、河川２内の底部に脚部材２３を構築して水路３Ａを下り勾配に構築し、水路３Ａが中断された箇所を流水口７とし、この流水口７の下方における流水落下位置に水車装置８Ａを設置する。
【００３７】
なお、図６に示すように、上記の水路３Ａの上流側はその下部と河川２の底面との間に高さ５０ｃｍ程度の隙間Ｇができるように構築するのが好ましい。こうすることにより、河川２内を移動する岩石等が隙間Ｇを通過するため、岩石等が水路３Ａを通過することがなく、水車装置８Ａの損傷を防止することが可能となる。また、水路３Ａの下部の隙間Ｇを魚類等が通過することも可能となる。
【００３８】
本実施例の水車装置８Ａは、図５に示すように、実施例１と同様に、軸部材１０に複数の水車９ａ、９ｂ、９ｃを同軸状態に並設すると共に、軸部材１０を不図示のベアリングを介して水車支持台１３、１３に回転自在に固定している。なお、本実施例においては、図５又は図６に示すように、各羽根板１１を直状に形成すると共に、各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ａの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ａを能率的に回転することが可能となる。
【００３９】
さらに、水車装置８Ａの軸部材１０の端部には、軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合し、加速ギヤ装置２１の一方のギヤ２１ａに連結する。また、一方のギヤ２１ａとはギヤ径の異なるギヤ２１ｂに連結したチェーン１７を発電機１８のギヤ１９に連結することにより、水車装置８Ａの回転をギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速した状態で発電機１８に伝達し、電力に変換することが可能となる。
【００４０】
このような実施例の場合、水路３Ａを河川自体に構築するものであるため、河川２の側部に水路３Ａを構築するスペースは不要となり、しかも水路３Ａの流水口７から水車装置８Ａへ流下した流水Ｆをそのまま河川２に戻すことができ、その分、水路８Ａを低コストに構築することが可能となる。
【実施例２】
【００４１】
上記の実施例１と同様に、本実施例の水力発電装置１Ｂは、図７に示すように、山岳地域等のように高低差を有する地形を流れる河川２を分流するように構築した水路３Ｂに適用するものであり、段差が多く存在する傾斜地に設けた比較的狭い水路に適するものである。
【００４２】
また、このような水路３Ｂは、実施例１と同様に、規模に応じて金属製又は鉄筋コンクリート製等によって断面凹形の連続溝形状に造成し、河川２から水路３Ｂに分流する境界部に、広い幅から水路３Ｂの狭い幅に案内するガイド部４を形成したことによって河川２からの流水Ｆが水路３Ｂに円滑に導かれるようにしている。
【００４３】
また、本実施例においても、多量の降水や洪水等のように水量が増した際に水路３Ｂを流れる水流を制限し、一定の水量に調整するため、図７〜１０に示すように、水路３Ｂの上部に増水分の掻き落としを行う掻き落とし部材５を固定している。この掻き落とし部材５は、実施例１と同様に、コンクリート製等によって形成した棒状又は板状の長尺部材を水路３Ｂの両端に傾斜状に掛けて固定したものである。
【００４４】
また、本実施例の水路３Ｂは、図１０に示すように、地形の高低差を利用して下り勾配に設けられ、水路３Ｂの途中には地形を利用した複数の段差６、又は地形を利用して造られた複数の段差６が設けられている。このような水路３Ｂは、夫々の段差６の上方で水路３Ｂが一旦中断されると共に、中断された箇所が流水口７として機能するものであり、このような複数の流水口７の下方における夫々の流水落下位置に水車装置８Ｂを設置している。
【００４５】
また、本実施例においても、図７に示すように、水路３Ｂの流水口７の下方は、該流水口７から流下した流水Ｆを受け止めるために、水路３Ｂよりも広い受水室２２が形成され、受水室２２の流水は、受水室２２から水路３Ｂを経て元の河川２に戻されることになる。
【００４６】
さらに、本実施例の水車装置８Ｂは、図７〜１０に示すように、水路３Ｂに設けた段差６を水路３Ｂに沿って複数箇所に設けると共に、各段差６の流水口７の下方の流水落下位置に水車装置８Ｂを設け、各水車装置８Ｂをチェーン１７等の回転伝達手段で連結したものである。
【００４７】
即ち、本実施例においては、図１０に示すように、水路３Ｂに設けた複数の段差６ごとに、水路３Ｂの流下口７の下方に水車装置８Ｂを設け、また、図９に示すように、各水車装置８Ｂは、単一の水車９ａで形成した構成としている。また、図１０に示すように、水車９ａは、軸部材１０の外周に設けられた円筒形の軸胴部１２を介して複数枚の羽根板１１が固定された構造とされている。
【００４８】
なお、本実施例においても、図１０に示すように、夫々の羽根板１１は中途部分が回転方向に向けて鈍角状に折れ曲げられた形状に形成され、水路３Ｂの流水口７から流下した流水を確実に受け止めることが可能とされている。また、図９又は図１０に示すように、水車装置８Ｂは各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ｂの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ｂを能率的に回転することが可能となる。
【００４９】
このような各水車装置８Ｂは、図８又は図９に示すように、夫々の軸部材１０の両端付近に設けられた不図示のベアリングを介して水車支持台１３に回転自在に固定されている。また、本実施例においては、上記のように、水路３Ｂに沿った複数の段差６ごとに水車装置８Ｂが設けられ、例えば、下流側の水車装置８Ｂの軸部材１０に設けられたギヤ１６をギヤ支持台１５ａで支持すると共に、ギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合して、その上流の段差６に設けた水車装置８Ｂの軸部材１０に設けられた加速ギヤ装置２１の一方のギヤ２１ａに連結している。
【００５０】
また、加速ギヤ装置２１において同軸に設けられた他方のギヤ２１ｂは互いにギヤ径の異なる構成であり、夫々のギヤ２１ａ、２１ｂはギヤ支持台１５ｂで支持した構成としている。そして、この加速ギヤ装置２１の他方のギヤ２１ｂは、さらに上流側に設けられたギヤ支持台１５ｃに支持された回転軸１８ａのギヤ１９に結合され、この回転軸１８ａが発電機１８の回転軸として構成されている。
【００５１】
このような構成において、本実施例においても、発電機１８は、防水のために、ケーシング２０内に設けるようにする。また、図１０に示すように、大量の降雨時や洪水等にも水没しないように、発電機１８はなるべく高所に設けるのが望ましい。このため、水力発電装置１Ｂの設置位置から離れた高い位置に設けるか、不図示であるが、発電機１８を高い架台の上部に固定するようにしても良い。
【００５２】
また、本実施例の水力発電装置１Ｂは、上記のように、比較的幅の狭い水路３Ｂに適するものであり、この水路３Ｂに設けた複数の段差６ごとに各流下口７の下方に水車装置８Ｂを設け、各水車装置８Ｂの軸部材１０のギヤ１６をチェーン１７等の回転伝達手段で連結すると共に、加速ギヤ装置２１を介して発電機１８に接続した構成とすることにより、加速ギヤ装置２１のギヤ比に応じた回転速度の増速を得て、発電機１８を回転して電力を得ることが可能となる。
【００５３】
従って、このような水力発電装置１Ｂを、段差６が多く存在する傾斜地に設けた比較的狭い水路３Ｂに適用し、水路３Ｂに沿った複数の水車装置８Ｂによる回転力を加速ギヤ装置２１におけるギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速された回転速度に変換することにより、水力エネルギーを電力エネルギーに変換して効率的に電力を得ることが可能となる。
【００５４】
上記の実施例は、水路３Ｂを河川２の側部に沿って形成したものである。従って、この実施例においてもまた、他の実施例として、水路３Ｂを河川２内の上部に沿って形成することが可能である。即ち、図１１又は図１２に示すように、河川２内の底部に脚部材２３を構築して複数の水路３Ｂを下り勾配に構築し、水路３Ｂが中断された箇所を流水口７とし、この流水口７の下方における流水落下位置に水車装置８Ｂを設置する。
【００５５】
なお、この実施例においても、上記の水路３Ｂの上流側は河川２の水面Ｗが水路３Ｂよりも高くなるように構築すると共に、水路３Ｂの下部と河川２の底面との間に高さ５０ｃｍ程度の隙間Ｇができるように構築するのが好ましい。こうすることにより、河川２の底部を移動する岩石等が隙間Ｇを通過することとなり、岩石等が水路３Ｂを通過することがなく、水車装置８Ｂの損傷等を防止することが可能となる。また、水路３Ｂの下部の隙間Ｇを魚類等が通過することも可能となる。
【００５６】
また、水車装置８Ｂは、図１１又は図１２に示すように、水路３Ｂに設けた複数の段差６ごとに各流下口７の下方に水車装置８Ｂを設け、各羽根板１１を直状に形成すると共に、各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ｂの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ｂを能率的に回転することが可能となる。また、各水車装置８Ｂの軸部材１０のギヤ１６をチェーン１７等の回転伝達手段で連結すると共に、上記実施例のように加速ギヤ装置２１を介して発電機１８に接続した構成とすることにより、加速ギヤ装置２１のギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて回転速度を増速した状態で効率的に発電機１８を回転して電力を得ることが可能となる。
【００５７】
このような実施例の場合、水路３Ｂを河川２自体に構築するものであるため、河川２の側部に水路３Ｂを構築するスペースは不要となり、しかも水路３Ｂの流水口７から水車装置８Ｂへ流下した流水Ｆをそのまま河川２に戻すことができ、その分、水路３Ｂを低コストに構築することが可能となる。
【実施例３】
【００５８】
本実施例の水力発電装置１Ｃは、図１３に示すように、自然の滝２４を水路として利用し、滝２４によって生じた段差６の流水落下位置に本発明による水車装置８Ｃを設置したものである。この場合、水車装置８Ｃとしては、実施例１のように複数の水車９ａ、９ｂ、９ｃを同軸に並設した構造を用いることが可能である。
【００５９】
なお、上記の構成において、水車装置８Ｃの羽根板１１は短尺として小型化すると共に、この水車装置８Ｃを滝２４の下側部に形成した窪み部２５の内部に設置することにより、この水車装置８Ｃを目立たないようにして自然の景観を損なわないようにしている。また、各羽根板１１の両側部に、横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、滝２４から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ｃを能率的に回転することが可能となる。なお、この水車装置８Ｃは、木製等で古風な形状に作成することによって、滝２４の景観にふさわしい外観とすることも可能である。
【００６０】
また、図１３に示すように、上記のように水車装置８Ｃを滝２４の窪み部２５に設けることにより、滝２４の流水Ｆを水車装置８Ｃの羽根板１１の回転軸１０を超えた側（図１３における回転軸１０の左方側）の羽根板１１に当たるようにしている。このような構成により、滝２４の流水Ｆが水車装置８Ｃの羽根板１１を押圧する際の当たりが柔らかくなる。また、仮に滝２４の流水Ｆに岩石等が混在しており、この岩石が羽根板１１に当たることがあっても、水車装置８Ｃの本体に当たることがないため、この水車装置８Ｃを保護することが可能となる。
【００６１】
また、本実施例においても、水車装置８Ｃの軸部材１０の端部には、軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合している。さらに、加速ギヤ装置２１は、ギヤ径の異なるギヤ２１ａ、２１ｂの夫々をギヤ支持台１５ｂで支持した構成とし、上記のように水車装置８Ｃのギヤ１６に掛けたチェーン１７を介して一方のギヤ２１ａに連結し、また他方のギヤ２１ｂに連結したチェーン１７を介して発電機１８のギヤ１９に連結する。このような構成により、加速ギヤ装置２１のギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速された回転を発電機１８に伝達して電力に変換することが可能となる。
【００６２】
このような構成により、自然の滝等を水路として利用した場合でも、水車９ａ、９ｂ・・・による回転力を加速ギヤ装置２１におけるギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速した回転速度に変換し、河川２の分流によって発生する流水の水力エネルギーを効率的に電力エネルギーに変換することが可能となる。
【００６３】
また、本実施例の場合、自然界に存在する滝等のような段差を本発明の水路３Ｃの段差６として利用することにより、水路を構築する必要がなく、その分、工事費の削減に寄与することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の水力発電装置は、山岳地域を流れる河川のように、高低差を有する地形を流れる河川の流水を利用して、小規模の設備でありながら、効率的に電力を得るようにした水力発電装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 水力発電装置
２ 河川
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 水路
４ ガイド部
５ 掻き落とし部材
６ 段差
７ 流水口
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ 水車装置
９ａ、９ｂ、９ｃ 水車
１０ 軸部材
１１ 羽根板
１１ａ、１１ｂ 横板
１２ 軸胴部
１３ 水車支持台
１４ 中間支持部材
１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ） ギヤ支持台
１６ ギヤ
１７ チェーン
１８ 発電機
１８ａ 回転軸
１９ ギヤ
２０ ケーシング
２１ 加速ギヤ装置
２１ａ、２１ｂ ギヤ径の異なるギヤ
２２ 受水室
２３ 脚部材
２４ 滝
Ｆ 流水
Ｇ 隙間
Ｗ 河川の水面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川等の流水による水力エネルギーを電力エネルギーに変換することにより、効率的に電力を得ることができるようにした水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、河川等の水力エネルギーを利用することにより電力を得る方法は、山間部に設けたダムや急流を利用した大型の水力発電設備が主流とされていた。しかしながら、近年、環境問題等が原因で、山間部に大規模なダムを建設することが困難であり、また火力発電機は、二酸化炭素の発生が環境に悪影響を及ぼす等の問題があるため、電力の供給を原子力発電機に依存する傾向にあった。
【０００３】
ところが、原子力発電機は、地震等が原因となって引き起こされる放射能汚染等の問題が社会問題となっているため、規模を縮小する傾向にある。そこで、今後においては、原子力を利用することなく、小規模でありながら、効率的に電力を得るようにした技術が期待されている。
【０００４】
そのような技術として、特許文献１に記載されている水力発電設備を参照する。この文献の水力発電設備は、海面下または河川の水面下に設けられた取水口を導水管を介して地下に設けられた発電室の水力タービンに導き、さらに発電後の海水または河川水を発電室から揚水手段を介して海または河川に戻すようにしたものである。
【０００５】
しかしながら、このような水力発電設備は、従来のダム設備に比較すれば小規模であるが、海面下または河川の水面下より低い地中に発電室を設けると共に、地中に導水管や揚水手段を設ける必要があるため、工事が大掛かりになるという不都合がある。
【０００６】
ところで、一方、山岳が多く存在する日本の国土事情を考慮して、河川の流水を使用した発電機の開発が期待されている。ちなみに、特許文献２を参照すると、この文献には、河川に浮かべた浮き架台に水車羽を設けると共に、水底のアンカーに固定したワイヤー等で浮き架台を引くようにした水流発電機が記載されている。
【０００７】
しかしながら、上記のように、浮き架台を河川に浮かべた状態で水車羽を回転することによって電力を得る構造は、河川に洪水等の激流が発生すると、水底のアンカーが破壊されたり、ワイヤーが切断され、また発電装置そのものが破壊されるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２１４１８７号公報
【特許文献２】特開２００５−３５１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、山岳地域を流れる河川のように、高低差を有する地形を流れる河川の流水を利用して、小規模の設備でありながら、効率的に電力を得るようにした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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の水力発電装置は、高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、水車装置は軸部材に複数の水車を同軸状態で並設し、該水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、該軸部材に設けたギヤにチェーン等の回転伝達手段を連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２の水力発電装置は、高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、水路に設けた段差は該水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に設けた水車装置は軸部材に水車を設けた構成とし、各水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、水路の各段差に設けた複数の水車装置の各軸部材に設けた複数のギヤをチェーン等の回転伝達手段によって連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３の水力発電装置は、請求項１又は２において、河川を分流するように構築した水路は、河川の側部に沿って形成したことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項４の水力発電装置は、請求項１又は２において、河川を分流するように構築した水路は、河川内の上部に沿って形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１の水力発電装置は、上記のように、高低差を有する水路の途中に設けた段差において、水路の流水口から流水が落下する位置、即ち流水落下位置に複数の水車を同軸状態で並設した水車装置を設置した構成としている。この水車装置の軸部材は、チェーン等の回転伝達手段を加速機（増速機とも云う）を介して発電機に接続しているため、加速機のギヤ比に応じて増速された回転速度で発電機を回転することにより高能率的に電力を得ることが可能となる。
【００１５】
従って、この水力発電装置は、上記のように、軸部材に複数の水車を同軸状態で並設した構成を有するため、比較的幅の広い水路に適するものであり、軸方向に設けた複数の水車による回転を加速機のギヤ比に応じて増速することにより、河川の分流によって発生する流水の水力エネルギーを効率的に電力エネルギーに変換することが可能となる。このため、火力発電や原子力発電のように高価な資源を必要とすることなく、日本においては豊富に存在する水資源という自然力を利用することによって、ランニングコストを安価にすることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の請求項２の水力発電装置は、上記のように、水路に設けた段差を水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に水車装置を設け、各水車装置をチェーン等の回転伝達手段で連結すると共に、加速機を介して発電機に接続した構成としたため、加速機のギヤ比に応じて増速された回転速度で発電機を回転し、電力を得ることが可能となる。
【００１７】
従って、このような水力発電装置は、段差が多く存在する傾斜地に設けた比較的狭い水路に適するものであり、水路に沿った複数の水車による回転を加速機のギヤ比に応じて増速することにより、水力エネルギーを電力エネルギーに効率的に変換することが可能となる。このため、この水力発電装置においても、火力発電や原子力発電のように高価な資源を必要とすることなく、日本においては豊富に存在する水資源という自然力を利用することによって、ランニングコストを安価にすることが可能となる。
【００１８】
なお、請求項１又は請求項２の水力発電装置において、河川を分流するように構築した水路は、河川の側部に沿って形成することが可能である。この場合、地形的に河川の側部に水路を構築するスペースが必要であるが、河川の状況に影響されずに水路を構築することが可能となる。
【００１９】
また、請求項１又は２の水力発電装置において、河川を分流するように構築した水路は、河川内の上部に沿って形成することが可能である。この場合、水路を河川自体に構築するものであるため、河川の側部に水路を構築するスペースは不要となり、しかも水路の流水口から水車装置へ流下した流水をそのまま河川に流すことができ、その分、水路を低コストに構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す部分拡大平面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る水力発電装置の正面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図５】本発明の実施例１の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図６】本発明の実施例１の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図７】本発明の実施例２に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例２に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す部分拡大平面図である。
【図９】本発明の実施例２に係る水力発電装置の正面図である。
【図１０】本発明の実施例２に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施例２の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例２の他の実施例に係る水力発電装置を水路に設置した状況を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施例３に係る水力発電装置を滝の下部に設置した状況を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２２】
本実施例の水力発電装置１Ａは、図１に示すように、山岳地域等のように高低差を有する地形を流れる河川２を分流するように構築した水路３Ａに適用するものであり、水路幅が比較的広く形成された水路３Ａに適する。
【００２３】
また、このような水路３Ａは、図３に示すように、規模に応じて金属製又は鉄筋コンクリート製等によって断面凹形の連続溝形状に造成すると共に、図１に示すように、河川２から水路３Ａに分流する境界部に、広い幅から水路３Ａの狭い幅に案内するガイド部４を形成したことによって河川２からの流水Ｆを水路３Ａに円滑に導くようにしている。
【００２４】
また、多量の降水や洪水等のように水量が増した際に水路３Ａを流れる水量を制限すると共に、一定の水量に調整するため、図１、２、３に示すように、水路３Ａの上部に増水分の掻き落としを行う掻き落とし部材５を固定している。この掻き落とし部材５は、コンクリート製等によって形成した棒状又は板状の長尺部材を水路３Ａの両端に傾斜状に掛けて固定したものである。
【００２５】
また、上記の水路３Ａは、地形の高低差を利用して下り勾配に設けられ、水路３Ａの途中には地形を利用した段差６、又は地形を利用して造られた段差６が設けられている。このような水路３Ａは、段差６の上方で水路３Ａが一旦中断されると共に、中断された箇所が流水口７として機能するものであり、このような流水口７の下方における流水落下位置に水車装置８Ａを設置している。
【００２６】
また、水路３Ａの流水口７の下方は、流水口７から流下した流水Ｆを受け止めるために、水路３Ａよりも広い幅の受水室２２が形成され、受水室２２の流水は、図１に示すように、受水室２２からその下流の水路３Ａを経て元の河川２に戻されることになる。
【００２７】
また、本実施例の水車装置８Ａは、図１、２、３、４に示すように、軸部材１０に複数の水車９ａ、９ｂ、９ｃを同軸状態に並設すると共に、軸部材１０を回転自在に支持したものである。
【００２８】
即ち、図３に示すように、軸部材１０の外周に設けられた円筒形の軸胴部１２を介して複数枚の羽根板１１（図４参照）が固定された構造により１個の水車９ａが形成され、このような複数の水車９ａ、９ｂ・・・が軸部材１０の軸胴部１２の外周に形成されたことにより、水車装置８Ａが構成されている。なお、本実施例において、水車装置８Ａは、３個の水車９ａ、９ｂ、９ｃを並設した構成としてあるが、必ずしも３個に限定する必要はなく、各水車９ａ、９ｂ・・・の幅や水路３Ａの幅等の関係から設定することが可能である。
【００２９】
なお、図４に示すように、各水車９ａ、９ｂ、９ｃに設けた夫々の羽根板１１は中途部分が回転方向に向けて鈍角状に折れ曲げられた形状に形成され、水路３Ａの流水口７から流下した流水を確実に受け止めることが可能とされている。ただし、羽根板１１は折れ曲げ部を形成せずに、直状に形成することも可能である。また、図３又は図４に示すように、水車装置８Ａは各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ａの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ａを能率的に回転することが可能となる。
【００３０】
このような水車装置８Ａは、図３に示すように、軸部材１０の両端付近に設けられた不図示のベアリングを介して水車支持台１３、１３に回転自在に固定されている。また、本実施例は、水路幅が比較的広く形成された水路３Ａに適するものである。従って、水路幅が広くなると、水車装置８Ａの軸部材１０の長さも長くなるため、軸部材１０の剛性を補強するために、軸部材１０の途中である水車９ａ、９ｂ、９ｃの間ごとに中間支持部材１４を立設した構成としている。
【００３１】
さらに、図２に示すように、水車装置８Ａの軸部材１０の端部には、軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合し、加速ギヤ装置２１を介して発電機１８の回転軸１８ａに設けたギヤ１９に接続している。
【００３２】
このような構成において、加速ギヤ装置２１は、ギヤ径の異なるギヤ２１ａ、２１ｂの夫々をギヤ支持台１５で支持すると共に、水車装置８Ａの軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７を介して一方のギヤ２１ａに連結する。また、他方のギヤ２１ｂに連結したチェーン１７を介して発電機１８のギヤ１９に連結することにより、水車装置８Ａの回転を増速した状態で発電機１８に伝達して、電力に変換するようにしている。
【００３３】
また、発電機１８は、防水のために、ケーシング２０内に設けるようにするとよい。さらに、図４に示すように、大量の降雨時や洪水等にも水没しないように、発電機１８はなるべく高所に設けるのが望ましい。このため、水力発電装置１Ａの設置位置から離れた高い位置に設けるか、不図示であるが、発電機１８を高い架台の上部に固定するようにしても良い。
【００３４】
本実施例の水力発電装置１Ａは、上記のように、比較的幅の広い水路３Ａに適するものであり、この水車装置８Ａを軸部材１０に複数の水車９ａ、９ｂ・・・を同軸状態で並設した構成とする。また、複数の水車９ａ、９ｂ・・・による回転力を加速ギヤ装置２１におけるギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速された回転速度に変換することにより、河川２の分流によって発生する流水Ｆの水力エネルギーを効率的に電力エネルギーに変換することができる。
【００３５】
上記の実施例は、水路３Ａを河川２の側部に沿って形成したものである。この場合、地形的に河川２の側部に水路３Ａを構築するスペースが必要であるが、河川２の状況に影響されずに水路３Ａを構築することが可能となる。
【００３６】
また、実施例１の他の実施例として、水路３Ａを河川２内の上部に沿って形成することも可能である。即ち、図５又は図６に示すように、河川２内の底部に脚部材２３を構築して水路３Ａを下り勾配に構築し、水路３Ａが中断された箇所を流水口７とし、この流水口７の下方における流水落下位置に水車装置８Ａを設置する。
【００３７】
なお、図６に示すように、上記の水路３Ａの上流側はその下部と河川２の底面との間に高さ５０ｃｍ程度の隙間Ｇができるように構築するのが好ましい。こうすることにより、河川２内を移動する岩石等が隙間Ｇを通過するため、岩石等が水路３Ａを通過することがなく、水車装置８Ａの損傷を防止することが可能となる。また、水路３Ａの下部の隙間Ｇを魚類等が通過することも可能となる。
【００３８】
本実施例の水車装置８Ａは、図５に示すように、実施例１と同様に、軸部材１０に複数の水車９ａ、９ｂ、９ｃを同軸状態に並設すると共に、軸部材１０を不図示のベアリングを介して水車支持台１３、１３に回転自在に固定している。なお、本実施例においては、図５又は図６に示すように、各羽根板１１を直状に形成すると共に、各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ａの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ａを能率的に回転することが可能となる。
【００３９】
さらに、水車装置８Ａの軸部材１０の端部には、軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合し、加速ギヤ装置２１の一方のギヤ２１ａに連結する。また、一方のギヤ２１ａとはギヤ径の異なるギヤ２１ｂに連結したチェーン１７を発電機１８のギヤ１９に連結することにより、水車装置８Ａの回転をギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速した状態で発電機１８に伝達し、電力に変換することが可能となる。
【００４０】
このような実施例の場合、水路３Ａを河川自体に構築するものであるため、河川２の側部に水路３Ａを構築するスペースは不要となり、しかも水路３Ａの流水口７から水車装置８Ａへ流下した流水Ｆをそのまま河川２に戻すことができ、その分、水路８Ａを低コストに構築することが可能となる。
【実施例２】
【００４１】
上記の実施例１と同様に、本実施例の水力発電装置１Ｂは、図７に示すように、山岳地域等のように高低差を有する地形を流れる河川２を分流するように構築した水路３Ｂに適用するものであり、段差が多く存在する傾斜地に設けた比較的狭い水路に適するものである。
【００４２】
また、このような水路３Ｂは、実施例１と同様に、規模に応じて金属製又は鉄筋コンクリート製等によって断面凹形の連続溝形状に造成し、河川２から水路３Ｂに分流する境界部に、広い幅から水路３Ｂの狭い幅に案内するガイド部４を形成したことによって河川２からの流水Ｆが水路３Ｂに円滑に導かれるようにしている。
【００４３】
また、本実施例においても、多量の降水や洪水等のように水量が増した際に水路３Ｂを流れる水流を制限し、一定の水量に調整するため、図７〜１０に示すように、水路３Ｂの上部に増水分の掻き落としを行う掻き落とし部材５を固定している。この掻き落とし部材５は、実施例１と同様に、コンクリート製等によって形成した棒状又は板状の長尺部材を水路３Ｂの両端に傾斜状に掛けて固定したものである。
【００４４】
また、本実施例の水路３Ｂは、図１０に示すように、地形の高低差を利用して下り勾配に設けられ、水路３Ｂの途中には地形を利用した複数の段差６、又は地形を利用して造られた複数の段差６が設けられている。このような水路３Ｂは、夫々の段差６の上方で水路３Ｂが一旦中断されると共に、中断された箇所が流水口７として機能するものであり、このような複数の流水口７の下方における夫々の流水落下位置に水車装置８Ｂを設置している。
【００４５】
また、本実施例においても、図７に示すように、水路３Ｂの流水口７の下方は、該流水口７から流下した流水Ｆを受け止めるために、水路３Ｂよりも広い受水室２２が形成され、受水室２２の流水は、受水室２２から水路３Ｂを経て元の河川２に戻されることになる。
【００４６】
さらに、本実施例の水車装置８Ｂは、図７〜１０に示すように、水路３Ｂに設けた段差６を水路３Ｂに沿って複数箇所に設けると共に、各段差６の流水口７の下方の流水落下位置に水車装置８Ｂを設け、各水車装置８Ｂをチェーン１７等の回転伝達手段で連結したものである。
【００４７】
即ち、本実施例においては、図１０に示すように、水路３Ｂに設けた複数の段差６ごとに、水路３Ｂの流下口７の下方に水車装置８Ｂを設け、また、図９に示すように、各水車装置８Ｂは、単一の水車９ａで形成した構成としている。また、図１０に示すように、水車９ａは、軸部材１０の外周に設けられた円筒形の軸胴部１２を介して複数枚の羽根板１１が固定された構造とされている。
【００４８】
なお、本実施例においても、図１０に示すように、夫々の羽根板１１は中途部分が回転方向に向けて鈍角状に折れ曲げられた形状に形成され、水路３Ｂの流水口７から流下した流水を確実に受け止めることが可能とされている。また、図９又は図１０に示すように、水車装置８Ｂは各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ｂの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ｂを能率的に回転することが可能となる。
【００４９】
このような各水車装置８Ｂは、図８又は図９に示すように、夫々の軸部材１０の両端付近に設けられた不図示のベアリングを介して水車支持台１３に回転自在に固定されている。また、本実施例においては、上記のように、水路３Ｂに沿った複数の段差６ごとに水車装置８Ｂが設けられ、例えば、下流側の水車装置８Ｂの軸部材１０に設けられたギヤ１６をギヤ支持台１５ａで支持すると共に、ギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合して、その上流の段差６に設けた水車装置８Ｂの軸部材１０に設けられた加速ギヤ装置２１の一方のギヤ２１ａに連結している。
【００５０】
また、加速ギヤ装置２１において同軸に設けられた他方のギヤ２１ｂは互いにギヤ径の異なる構成であり、夫々のギヤ２１ａ、２１ｂはギヤ支持台１５ｂで支持した構成としている。そして、この加速ギヤ装置２１の他方のギヤ２１ｂは、さらに上流側に設けられたギヤ支持台１５ｃに支持された回転軸１８ａのギヤ１９に結合され、この回転軸１８ａが発電機１８の回転軸として構成されている。
【００５１】
このような構成において、本実施例においても、発電機１８は、防水のために、ケーシング２０内に設けるようにする。また、図１０に示すように、大量の降雨時や洪水等にも水没しないように、発電機１８はなるべく高所に設けるのが望ましい。このため、水力発電装置１Ｂの設置位置から離れた高い位置に設けるか、不図示であるが、発電機１８を高い架台の上部に固定するようにしても良い。
【００５２】
また、本実施例の水力発電装置１Ｂは、上記のように、比較的幅の狭い水路３Ｂに適するものであり、この水路３Ｂに設けた複数の段差６ごとに各流下口７の下方に水車装置８Ｂを設け、各水車装置８Ｂの軸部材１０のギヤ１６をチェーン１７等の回転伝達手段で連結すると共に、加速ギヤ装置２１を介して発電機１８に接続した構成とすることにより、加速ギヤ装置２１のギヤ比に応じた回転速度の増速を得て、発電機１８を回転して電力を得ることが可能となる。
【００５３】
従って、このような水力発電装置１Ｂを、段差６が多く存在する傾斜地に設けた比較的狭い水路３Ｂに適用し、水路３Ｂに沿った複数の水車装置８Ｂによる回転力を加速ギヤ装置２１におけるギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速された回転速度に変換することにより、水力エネルギーを電力エネルギーに変換して効率的に電力を得ることが可能となる。
【００５４】
上記の実施例は、水路３Ｂを河川２の側部に沿って形成したものである。従って、この実施例においてもまた、他の実施例として、水路３Ｂを河川２内の上部に沿って形成することが可能である。即ち、図１１又は図１２に示すように、河川２内の底部に脚部材２３を構築して複数の水路３Ｂを下り勾配に構築し、水路３Ｂが中断された箇所を流水口７とし、この流水口７の下方における流水落下位置に水車装置８Ｂを設置する。
【００５５】
なお、この実施例においても、上記の水路３Ｂの上流側は河川２の水面Ｗが水路３Ｂよりも高くなるように構築すると共に、水路３Ｂの下部と河川２の底面との間に高さ５０ｃｍ程度の隙間Ｇができるように構築するのが好ましい。こうすることにより、河川２の底部を移動する岩石等が隙間Ｇを通過することとなり、岩石等が水路３Ｂを通過することがなく、水車装置８Ｂの損傷等を防止することが可能となる。また、水路３Ｂの下部の隙間Ｇを魚類等が通過することも可能となる。
【００５６】
また、水車装置８Ｂは、図１１又は図１２に示すように、水路３Ｂに設けた複数の段差６ごとに各流下口７の下方に水車装置８Ｂを設け、各羽根板１１を直状に形成すると共に、各羽根板１１の両側部に横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、水路３Ｂの流水口７から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ｂを能率的に回転することが可能となる。また、各水車装置８Ｂの軸部材１０のギヤ１６をチェーン１７等の回転伝達手段で連結すると共に、上記実施例のように加速ギヤ装置２１を介して発電機１８に接続した構成とすることにより、加速ギヤ装置２１のギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて回転速度を増速した状態で効率的に発電機１８を回転して電力を得ることが可能となる。
【００５７】
このような実施例の場合、水路３Ｂを河川２自体に構築するものであるため、河川２の側部に水路３Ｂを構築するスペースは不要となり、しかも水路３Ｂの流水口７から水車装置８Ｂへ流下した流水Ｆをそのまま河川２に戻すことができ、その分、水路３Ｂを低コストに構築することが可能となる。
【実施例３】
【００５８】
本実施例の水力発電装置１Ｃは、図１３に示すように、自然の滝２４を水路として利用し、滝２４によって生じた段差６の流水落下位置に本発明による水車装置８Ｃを設置したものである。この場合、水車装置８Ｃとしては、実施例１のように複数の水車９ａ、９ｂ、９ｃを同軸に並設した構造を用いることが可能である。
【００５９】
なお、上記の構成において、水車装置８Ｃの羽根板１１は短尺として小型化すると共に、この水車装置８Ｃを滝２４の下側部に形成した窪み部２５の内部に設置することにより、この水車装置８Ｃを目立たないようにして自然の景観を損なわないようにしている。また、各羽根板１１の両側部に、横板１１ａ、１１ｂを固設することにより、滝２４から流下した流水Ｆを外方に漏らすことなく確実に各羽根板１１に当てることによって水車装置８Ｃを能率的に回転することが可能となる。なお、この水車装置８Ｃは、木製等で古風な形状に作成することによって、滝２４の景観にふさわしい外観とすることも可能である。
【００６０】
また、図１３に示すように、上記のように水車装置８Ｃを滝２４の窪み部２５に設けることにより、滝２４の流水Ｆを水車装置８Ｃの羽根板１１の回転軸１０を超えた側（図１３における回転軸１０の左方側）の羽根板１１に当たるようにしている。このような構成により、滝２４の流水Ｆが水車装置８Ｃの羽根板１１を押圧する際の当たりが柔らかくなる。また、仮に滝２４の流水Ｆに岩石等が混在しており、この岩石が羽根板１１に当たることがあっても、水車装置８Ｃの本体に当たることがないため、この水車装置８Ｃを保護することが可能となる。
【００６１】
また、本実施例においても、水車装置８Ｃの軸部材１０の端部には、軸部材１０に設けたギヤ１６にチェーン１７等の回転伝達手段を結合している。さらに、加速ギヤ装置２１は、ギヤ径の異なるギヤ２１ａ、２１ｂの夫々をギヤ支持台１５ｂで支持した構成とし、上記のように水車装置８Ｃのギヤ１６に掛けたチェーン１７を介して一方のギヤ２１ａに連結し、また他方のギヤ２１ｂに連結したチェーン１７を介して発電機１８のギヤ１９に連結する。このような構成により、加速ギヤ装置２１のギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速された回転を発電機１８に伝達して電力に変換することが可能となる。
【００６２】
このような構成により、自然の滝等を水路として利用した場合でも、水車９ａ、９ｂ・・・による回転力を加速ギヤ装置２１におけるギヤ２１ａ、２１ｂのギヤ比に応じて増速した回転速度に変換し、河川２の分流によって発生する流水の水力エネルギーを効率的に電力エネルギーに変換することが可能となる。
【００６３】
また、本実施例の場合、自然界に存在する滝等のような段差を本発明の水路３Ｃの段差６として利用することにより、水路を構築する必要がなく、その分、工事費の削減に寄与することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の水力発電装置は、山岳地域を流れる河川のように、高低差を有する地形を流れる河川の流水を利用して、小規模の設備でありながら、効率的に電力を得るようにした水力発電装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 水力発電装置
２ 河川
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 水路
４ ガイド部
５ 掻き落とし部材
６ 段差
７ 流水口
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ 水車装置
９ａ、９ｂ、９ｃ 水車
１０ 軸部材
１１ 羽根板
１１ａ、１１ｂ 横板
１２ 軸胴部
１３ 水車支持台
１４ 中間支持部材
１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ） ギヤ支持台
１６ ギヤ
１７ チェーン
１８ 発電機
１８ａ 回転軸
１９ ギヤ
２０ ケーシング
２１ 加速ギヤ装置
２１ａ、２１ｂ ギヤ径の異なるギヤ
２２ 受水室
２３ 脚部材
２４ 滝
Ｆ 流水
Ｇ 隙間
Ｗ 河川の水面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、
水車装置は軸部材に複数の水車を同軸状態で並設し、該水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、該軸部材に設けたギヤにチェーン等の回転伝達手段を連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、
水路に設けた段差は該水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に設けた水車装置は軸部材に水車を設けた構成とし、各水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、水路の各段差に設けた複数の水車装置の各軸部材に設けた複数のギヤをチェーン等の回転伝達手段によって連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
河川を分流するように構築した水路は、河川の側部に沿って形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の水力発電装置。
【請求項４】
河川を分流するように構築した水路は、河川内の上部に沿って形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の水力発電装置。
【請求項１】
高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、
水車装置は軸部材に複数の水車を同軸状態で並設し、該水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、該軸部材に設けたギヤにチェーン等の回転伝達手段を連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
高低差を有する地形を流れる河川を分流するように構築した水路を設け、該水路を地形の高低差を利用して下り勾配に設けると共に該水路の途中に段差を設け、該段差の流水落下位置に水車装置を設置した水力発電装置において、
水路に設けた段差は該水路に沿って複数箇所に設けると共に、各段差の流水落下位置に設けた水車装置は軸部材に水車を設けた構成とし、各水車装置の軸部材を回転自在に支持すると共に、水路の各段差に設けた複数の水車装置の各軸部材に設けた複数のギヤをチェーン等の回転伝達手段によって連結し、加速機を介して発電機の回転軸に設けたギヤに接続したことを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
河川を分流するように構築した水路は、河川の側部に沿って形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の水力発電装置。
【請求項４】
河川を分流するように構築した水路は、河川内の上部に沿って形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の水力発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６８１９６（Ｐ２０１３−６８１９６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８８２９（Ｐ２０１１−２０８８２９）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（５０７１７４２３７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（５０７１７４２３７）
【Ｆターム（参考）】
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